Buku Mahir Mengembangkan Kemampuan MMK Kelas 11

194 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tes Kompetensi Awal Sebelum mempelajari bab ini, kerjakanlah soal-soal berikut. 1. Sebuah garis melalui titik (1, 5) dan (7, 3). Tentukan gradien garis tersebut. Jelaskan pula cara mencarinya. 2. sin (α ± β) = .... 3. cos (α + β) = .... 4. tan (α + β) = .... 5. cos 2α = .... 6. f(x) = 2x3 + 3x, tentukan f(x + 1) dan f (a + b). 7. = .... 8. Tentukan gradien garis singgung kurva di titik Diagram Alur Untuk mempermudah Anda dalam mempelajari bab ini, pelajarilah diagram alur yang disajikan sebagai berikut. Limit Turunan menghasilkan teori rumus Laju Perubahan Fungsi Interval Fungsi Naik/ Turun menentukan Gradien Titik Balik Maks./Min. dan Titik Belok menentukan menentukan menentukan Aplikasi lim lim ' x a x a f g f ' g' a g x  x  x ffl  x  x lim ' lim '' x a x a f ' g f '' g'' x ' a g  x  x ffl  x  x menyelesaikan masalah lim ) ( ) x a f x( g x( ffl 0 0

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 195 A. Konsep Turunan Untuk memahami konsep dasar turunan, tinjaulah dua masalah yang kelihatannya berbeda. Masalah pertama adalah masalah garis singgung, sedangkan masalah kedua adalah masalah kecepatan sesaat. Satu dari kedua masalah itu menyangkut geometri dan lainnya yang menyangkut mekanika terlihat seperti tidak ada hubungan. Sebenarnya, kedua masalah itu merupakan kembaran yang identik. Agar lebih jelasnya, pelajari uraian berikut. 1. Garis Singgung Amati Gambar 8.1. Misalkan A adalah suatu titik tetap pada grafik y = f(x) dan B adalah sebuah titik berdekatan yang dapat dipindah-pindahkan sepanjang grafik y = f(x). Misalkan, titik A berkoordinat (a, f(a)) maka titik B berkoordinat (a + Δx, f(a + Δx)). Garis yang melalui A dan B mempunyai gradien (kemiringan) f f x  a $x  a $x . Garis ini memotong grafik di dua titik A dan B yang berbeda. Jika titik B bergerak sepanjang kurva y = f(x) mendekati titik A maka nilai Δx semakin kecil. Jika nilai Δx mendekati nol maka titik B akan berimpit dengan titik A. Akibatnya, garis singgung (jika tidak tegak lurus pada sumbu-x) adalah garis yang melalui A(a, f(a)) dengan gradien m f f x AB x ffl  a $x  a $ lx $x lim0 ...(1) Pertanyaan: Mengapa persamaan garis singgung tidak boleh tegak lurus sumbu-x? Tentukan gradien garis singgung pada kurva a. f(x) = x2 di titik dengan absis 2 b. f(x) = x3 di titik dengan absis 3 Jawab: a. m f f x x x ffl  $x  $x   $x $ lx $ $x lim l f  f  ffl im 0 0 $x $ lx 2 2 x f   $x 2 2 ffl $  $ $ ffl $ $ l $ l lim lim $x x l $ $ $  $x $x x 0 2 0 4 4 4 $ ffl Jadi, gradien garis singgung kurva f(x) = x2 di titik dengan absis x = 2 adalah m = 4. Contoh 8.1 Gambar 8.1 Gambar 8.2 x y f(a + ) f(a) y = f(x) O a a + A(a, f(a)) B(a + , f(a + )) x y O y = f(x) B(a + , f(a + )) f(a) A(a, f(a)) a a + f (a + )

196 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam b. m f f x x x x ffl  $x  $x ffl   $x $ lx $ $x lim lim 0 0 $x $ lx 3 3 x f   $x 3 3 ffl  • $  $ $ ffl $  $ l $ l lim lim $x $x $  x $x $  0 3 2 3 3 0 3 3 3 3 $  $ x 2 27 9 $x  $ $ ffl   $  $ $ $ ffl $ l $ 2 3  $ $x 0 $  $ $x $x $x lim lim$xl  $  $ 0 2 27 $x x  $ ffl 2 2 7 Jadi, gradien garis singgung kurva f(x) = x3 di titik dengan absis x = 3 adalah m = 27. 2. Kecepatan Sesaat Misalkan, fungsi f(x) = 15x2 + 20x menyatakan jarak (dalam km) yang ditempuh sebuah mobil setelah x jam perjalanan selama selang waktu 0 ≤ x ≤ 2. Kecepatan ratarata mobil itu selama perjalanannya adalah $ $ ffl   ffl •  • § © ¨ · ¹ ¸ • $f $x f f   2 0 15  20 2• 15 2 20 0 2 50  • § © ¨ · ¹ ¸ ffl km/jam Sekarang, coba amati kecepatan rata-rata mobil dalam selang c ≤ x ≤ d. Untuk keperluan ini, buatlah Tabel 8.1. Amati tabel tersebut. Nilai $ $ f x mendekat ke bilangan 50 jika lebar selang waktunya dibuat semakin mengecil (Δx mendekati nol). Nilai 50 tersebut disebut kecepatan (sesaat) pada x = 1. Sekarang, dapat dipahami bahwa kecepatan sesaat diperoleh melalui proses limit terhadap kecepatan rata-rata dengan cara membuat nilai-nilai x mendekat ke-1 atau Δx dekat ke nol. Dalam lambang matematika kecepatan sesaat pada x = 1 ditulis lim lim $ l $ $ $ ffl  $  $ ffl   $ $ lx x $ $f x f   $ f $x $ 0 0 $ $ lx 2  $ f  15    $   • $ ffl $  $ $ l $ 20  $  • 50 0 2 $ $x $  $x $x $x lim ffl 50 Jadi, kecepatan mobil pada saat x = 1 adalah 50 km/jam. Tabel 8.1 Selang Waktu 0 – 1 0,8 – 1 0,9 – 1 0,99 – 1 0,999 – 1 0,9999 – 1 1 – 1,0001 1 – 1,001 1 – 1,01 1 – 1,5 1 – 2 35,0000 47,0000 48,5000 49,8500 49,9850 49,9985 50,0015 50,0150 50,1500 57,5000 65,0000 $ $ f x

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 197 Dari uraian tersebut, dapatkah Anda menyatakan kecepatan sesaat v di x = a? Cobalah nyatakan dengan katakata Anda sendiri. Uraian tersebut menggambarkan definisi kecepatan sesaat v di x = a, yaitu v v f f x v ffl  a$x  a $ lx $ lx $ lim lim 0 0 rata-rata ...(2) Sekarang, tentunya Anda dapat melihat mengapa Anda menyebut kemiringan dari garis singgung dan kecepatan sesaat adalah kembaran identik. Amatilah kedua rumus tersebut, yaitu rumus (1) dan (2). Kedua rumus tersebut menggunakan nama berlainan untuk konsep yang sama, tetapi dalam situasi yang berlainan. Sebuah benda bergerak sepanjang garis lurus sehingga kedudukannya setelah x detik memenuhi persamaan f (x) = 6x3 + x2 , dengan f(x) dinyatakan dalam meter. a. Tentukan kecepatan rata-rata benda dalam selang waktu 2 ≤ x ≤ 3. b. Berapa kecepatan sesaat benda pada x = 2 detik? Jawab: a. fx x fx x   $  $ ffl  •  •  ffl 63 3 62 2 3 2 119 32 33 Jadi, kecepatan rata-ratanya adalah 119 m/s. b. lim lim $ l $ l   $  $ ffl   $  $ x x f xf x x x 0 0 3 2 2 2  62 2 •  $ ffl   $  $ $ $ l 62 2 6 8 12 6 3 2 0 2 3 x xxx x lim   $ $  $ ffl $  $ ffl $ l 4 4 52 6 37 76 76 2 0 2 x x x x x x lim Jadi, kecepatan pada saat x = 2 atau pada detik kedua adalah 76 meter/detik. Contoh 8.2 Sumber: Dokumentasi Penerbit Gambar 8.3 Jarak yang ditempuh mobil ini mengikuti fungsi f(x) = 15x2 + 20x. Berapakah kecepatan rata-ratanya?

198 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Coba Anda tunjukkan lim cos $ l $ $ ffl $ $ 0 $x 1 0 . Tantangan untuk Anda 3. Turunan Fungsi di x = a Jika fungsi y = f(x) terdefinisi di sekitar x = a maka lim lim $ l $ $ $ ffl   $  $ lx x $ $ $y x f  $ f 0 0 $ $ lx $x . Jika lim$ l $ $x $ $y 0 $x ada maka nilainya disebut turunan fungsi f(x) di x = a. Turunan fungsi f ialah suatu fungsi juga, yaitu fungsi turunan yang dilambangkan dengan f ‘(x). Untuk menyatakan turunan di x = a dinyatakan dengan f ‘(a). Jadi, f f f x f x  a ffl lim lim  a$x  a $  a ffl $ lx l0 f 0 $x x  l atau f f x a  x  a Gunakan konsep limit untuk menyelesaikan soal berikut ini. Jika f (x) = x2 – x , tentukan f'(5). Jawab: f f f x f f x x ' lim ' lim  a  a  $x  a $x  $ lx $ lx 0 0  5  $  $ ffl    $  $  $ l $ f $x $  $ $x  $  0 lim $ ffl $ $ $ $ ffl  $ $ l $ l $x $ x x $ $x $x $x $x x l $x $ lim li 0 2 0 10 10 1 9 ffl Contoh 8.3 Tentukanlah f ‘(x) fungsi-fungsi berikut ini. a. f(x) = x2 + x b. f(x) = cos x Jawab: a. f x f x  x ffl  x  x   x x  $  x  $x $ lx 2 0 ' l  x ffl im  x  x 2  $ ffl $  $  $ $ ffl  $  ffl $ l $ l $x x$ $  $x $x  $ $x $x lim li 0 2 0 2 2 1  $  2x 1 Contoh 8.4

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 199 Panjang sebuah persegipanjang sama dengan tiga kali lebarnya. Tentukan laju perubahan luas terhadap lebar untuk lebar = 5 cm. Jawab: Misalkan, lebar = l cm maka panjang = p = 3 × l = 3l dan luas = L = p × l = 3l.l = 3l 2 . Jadi, L = f (l) = 3l 2 . Laju perubahan luas terhadap lebar l untuk l = 5 adalah L ‘(5). L L x x h ' lim lim L 3 3, 0 0 h x 2  5  5  h  5 ffl  5  h $ lx $x 5 3 75 30 2 0 0 2 h h h h3 x x 0 ffl  25 10 2   1 h h ffl  $ lx $ lx lim lim h x ffl   h $ lx li 0 h ffl 30 Contoh 8.5 b. f x f x x x  x ffl  x  x x  $ $x ffl $ lx $ cos ' l  x ffl im cos c  x x  $ os lim 0 $x x x l x $ l  x x $ x x $ $x ffl 0 0 x x cos lim cos x x x x x x x x lim sin s x in cos l x im  cos$ x $x $x $x ffl $ lx $ lx 0 0 0 cos 1 sin lim $ sin $ ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ $ $ ¤ ¦ ¥ ¥$ $x $x $x x $x ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl cos x x • 0 1 sin x • ffl sin x 4. Mengenal Notasi Leibnitz Anda telah mempelajari bahwa turunan fungsi f(x) dinotasikan dengan f '(x). Nilai Δx menyatakan perubahan nilai x, yaitu Δx = x2 – x1 . Adapun perubahan f(x + Δx) – f(x) menyatakan perubahan nilai fungsi f(x) dinotasikan dengan Δf. Selanjutnya, bentuk limit tersebut dapat dituliskan menjadi lim$ l $ $x $ $f 0 $x . Selain itu, terdapat notasi lain untuk menyatakan turunan fungsi, yaitu df dx . Diketahui fungsi y = f(x) ....(1) Gottfried Wilhelm Leibnitz (1646–1716) Gottfried Wilhelm Leibnitz adalah orang jenius. Ia ahli dalam bidang hukum, agama, politik, sejarah, filsafat, dan matematika. Bersama Newton merumuskan pengertian dasar tentang kalkulus diferensial. Leibnitz pun dikenal karena menemukan suatu jenis mesin hitung. Sumber: Kalkulus dan Geometri Analitis Jilid 1, 1990 Tokoh Matematika

200 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam sehingga turunan fungsi (1) dapat dituliskan menjadi dy dx = y ' = f '(x) Notasi tersebut diperkenalkan oleh seorang ahli matematika Jerman, yaitu Gottfried Wilhelm Leibnitz (1646–1716) sehingga dinamakan notasi Leibnitz, tepatnya notasi Double d Leibnitz. Misalkan f(x) = x3 , tentukanlah a. df dx b. nilai x sehingga df dx = 12 Jawab: a. df dx f f x x x x ffl  x  $x  x $x ffl  x x  $ $ lx $ lim lim 0 0 $x $ lx 3 3 0 2 2 3 0 3 3 2 2 3 3 $ ffl  $ 2 $ $ ffl  3 2 $ l $ l $x x $ x$ $x $x  3x $x x l0 $x $ lim li $  $ ffl x x 2 2 3 b. df dx = 3x2 maka 3x2 = 12 ™ x = ± 2. Jadi, nilai x yang memenuhi df dx = 12 adalah x = ± 2. Contoh 8.6 Sebuah benda bergerak sehingga jarak yang ditempuh memenuhi persamaan s = f(t) = t 2 – 3t. Tentukanlah laju perubahan sesaat jarak terhadap waktu t. Tentukanlah nilai t sedemikian sehingga laju perubahan jarak terhadap waktu adalah 15. Jawab: Laju perubahan sesaat jarak terhadap waktu adalah ds dt df dt f f t t t ffl ffl  t  $t  $t ffl $ lt $ lt lim lim 0 0 §  t t  $   $ © ¨ · ¹  ffl  $  $ $ l 2 0 2 3  $ · ¹  $ ¸  t 2 t $t lim t t t t t t ttt t t t 2 2 t 0 2 t 3 3 2 3 ttt 2 $t  $ ffl  $t  $t $3 t $ ffl $ lt lim lim $ l  $ ffl $t t t  t 0 2 3 t t  $ 2 3 t Contoh 8.7

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 201 Apabila laju perubahan jarak terhadap waktu sama dengan 16, diperoleh df dx = 2t – 3 ™ 15 = 2t – 3 ™ 2t = 18™ t = 9 Jadi, laju perubahan sama dengan 15 terjadi pada saat t = 9 sekon. Tes Kompetensi Subbab A Kerjakanlah pada buku latihan Anda. 1. Gunakan konsep limit untuk menyelesaikan soal-soal berikut. a. Jika f(x) = x2 + 3x, tentukan f '(x). b. Jika f(x) = x2 – 2x + 6, tentukan f '(x). c. Jika f(x) = 2x , tentukan f '(x). d. Jika f(x) = 1 1  x , tentukan f '(x). 2. Gunakan konsep limit untuk menyelesaikan soal-soal berikut. a. Jika f(x) = 4 – x2 , tentukan f '(–3). b. Jika f(x) = 6x – 2x3 , tentukan f '(2). c. Jika f(x) = x x 1 , tentukan f '(5). d. Jika f(x) = x x x 2 1   , tentukan f '(1). 3. Dengan menggunakan konsep limit, tentukan gradien garis singgung pada kurva berikut ini. a. f(x) = 5x2 di titik dengan absis x = 2 b. f(x) = x 2 + x – 5 di titik dengan absis x = –1 c. f(x) = x x2 di titik dengan absis x = –2 d. f  x ffl x x di titik dengan absis x = 4 4. Dengan menggunakan konsep limit, hitung nilai df dx dari fungsi berikut untuk x yang diberikan. a. f(x) = 2x2 di x = –1 b. f(x) = x2 – 5 di x = –4 c. f(x) = 2x + 1 x di x d. f(x) = 3cos xdi x = P 2 Gunakan konsep limit untuk soal-soal berikut. 5. Sebuah benda bergerak, kedudukannya setelah t sekon memenuhi persamaan S (t) = 3t 2 + 4t. a. Berapa kecepatan rata-rata pada selang waktu t = 3 sekon dan t = 5 sekon? b. Berapa kecepatan sesaat pada waktu t = 2 sekon? 6. Sebuah perusahaan mendapatkan keuntungan setelah t tahun sebesar 2.500.000t 2 –5.000t. a. Berapa besar keuntungan antara t = 3 tahun dan t = 4 tahun? b. Berapa laju keuntungan sesaat pada t = 2 tahun? 7. Gunakan rumus turunan untuk mencari turunan fungsi-fungsi berikut. a. f(x) = 6x + 4 d. f(x) = sin x b. f(x) = ax + b e. f(x) = cos x c. f(x) = 3x2 + 2 f. f(x) = tan x

202 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam B. Menentukan Turunan Fungsi Proses mendapatkan turunan suatu fungsi secara langsung yang menggunakan definisi turunan, yaitu dengan menyusun hasil bagi selisih f f x  x  $x  x $x dan menghitung limitnya, memakan waktu dan membosankan. Tentunya, Anda perlu mengembangkan cara atau proses yang akan memungkinkan Anda untuk memperpendek proses yang berkepanjangan itu. Untuk itu, pelajari uraian berikut ini. 1. Menentukan Turunan Fungsi f(x) = axn Misalkan, fungsi f(x) = axn dengan n = 1, 2, dan 3. Untuk n = 1, diperoleh f(x) = ax dan turunan fungsi tersebut adalah f f f x a x x ' lim lim  x  x  $x  x $x ffl  x  $x $ lx $ lx 0 0 ax x ax x ax x a x $x x x x ffl  $a x $x $x $ lx $ $x lim l ax  $a x ax ffl im 0 0 $x $ lx = a ....(1) Untuk n = 2, diperolehf(x) =ax2 dan turunan fungsi tersebut adalah f ' (x) = lim$ l  $  $x $ f f 0 $x = lim$ l  $ $x $ a $ ax 0 $x 2 2 = lim$ l  $  $ $x $ ax $x  $x a x 0 $x 2 2  $  $ 2 = lim$ l  $ $x ax $x 0 2 = 2ax Dengan cara yang sama, coba Anda cari turunan fungsi f(x) = ax3 , f(x) = ax4 dan f(x) = ax5 . Anda dapat menurunkan hal seperti ini untuk fungsi-fungsi berikut. f(x) = ax6 , f ‘(x) = 6ax5 " f(x) = ax15 , f ‘(x) = 15ax14 " f(x) = axn , f ‘(x) = naxn – 1

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 203 Dari uraian tersebut, dapatkah Anda menduga bentuk umum turunan fungsi? Cobalah nyatakan bentuk tersebut dengan kata-kata Anda sendiri. Konsep yang telah Anda pelajari tersebut memperjelas kesimpulan berikut. Misalkan, f(x) = axn , dengan n bilangan asli maka f '(x) = naxn – 1. Untuk n = 0, f(x) = axn menjadi f(x) = ax0 = a. Fungsi f(x) = a dinamakan fungsi konstan sehingga untuk berapa pun nilai x, nilai fungsinya tetap, yaitu a. Turunan fungsi konstan adalah f f f x x a a x x x lim lim lim  x ffl  x  $x $f x $x ffl $x ffl $ lx $ lx 0 0 $ $ $ ffl $ lx x 0 0 $x $ lx 0 lim 0 0 ffl sehingga rumus tersebut berlaku untuk n bilangan bulat sebagai berikut. Misalkan,f(x) = axn dengann bilangan bulat maka f '(x) = anxn–1 untuk f(x) = a, f '(x) = 0 dengan a sebarang bilangan real. Tentukanlah turunan fungsi-fungsi berikut ini. a. f(x) = x4 b. f(x) = –8x3 Jawab: a. f(x) = x4 maka f '(x) = 4x4–1 = 4x3 b. f(x) = –8x3 maka f ' (x) = –8(3)x3–1 = –24x2 Contoh 8.8 Tentukan df dx untuk fungsi-fungsi berikut. a. f  x ffl x 1 2 4 b. g x  x ffl 1 3 8 Jawab: a. df dx ffl f  x ffl  x x 1 2 x 2 4 1 5 b. g x x dg dx  x ffl ffl ffl g  x ffl  x 1 3 1 3 1 3 8 8 8 dg   g 8 g   1 maka ' 1 ffl 8 3 9 x Contoh 8.9 Rumus ini juga berlaku untuk n = –1 f a x f a x  x ffl  x ffl 2 Tunjukkanlah dengan cara limit. Tantangan untuk Anda

204 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam 2. Menentukan Turunan Fungsi f(x) = axn dengan n Bilangan Rasional Misalkan, f(x) = x 1 2 , turunan fungsi f(x) adalah f f f x f x x x lim lim  x ffl  x  $x  x $x  x ffl  $ $ lx $ lx 0 0 $x x x x x x x x x x x $x •  $x   $x  ffl  x x  $ $x $ lx lim0  x  $ x x ffl $ $   $  ffl  $  ffl  $ l $ l lim lim $x $x $x $ $  x x  $ x x x 0 0 1 1 ffl ffl 1 2 1 2 1 2 x x Dengan cara yang sama seperti di atas, coba Anda cari turunan fungsi f(x) = x–1/3 dan f(x) = x–2/5. Dari uraian tersebut dapatkah Anda menduga bentuk umum turunan fungsi f(x) = axn ? Cobalah nyatakan bentuk tersebut dengan kata-kata Anda sendiri. Konsep turunan fungsi f(x) = axn yang telah Anda pelajari tersebut memperjelas kesimpulan berikut. Misalkan, f(x) = axn , dengan n bilangan rasional maka turunannya adalah f '(x) = naxn – 1 . Tentukan turunan fungsi-fungsi berikut. a. f  x ffl x 3 4 b. f x  x ffl 1 33 2 c. f  x ffl x x 3 2 Contoh 8.11 Diketahui tinggi badan seorang anak pada usia 11 tahun sampai 12 tahun adalah tetap, yaitu T(t) = 120 cm. Tentukanlah laju pertumbuhan (laju pertumbuhan sesaat) tinggi badan anak tersebut. Jelaskan. Jawab: Tinggi badan anak tersebut pada usia 11 tahun sampai 12 tahun tetap. Oleh karena itu, T(t) = 120 adalah fungsi konstan sehingga T ‘(t) = 0. Dengan kata lain, laju pertumbuhan tinggi badan anak tersebut adalah nol atau tinggi badan anak tersebut pada usia 11 tahun sampai 12 tahun tidak mengalami perubahan. Contoh 8.10

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 205 Jawab: a. f x f x x x x  x ffl  x x ffl ffl ffl 3 4 3 4 1 1 4 1 4 1 3 4 3 4 3 4 3 4 k ' b. f x x f x f  x ffl • ffl •  x ffl  x ffl 1 3 1 3 1 3 1 3 3 2 3 2 3 3 2 m 3 aka 3 2 3 2 3 3 2 3 3 1 3 2 3 1 5 3 5 3 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl • ffl x x 3 ffl x 2 3 3 1 2 3 3 3 2 3 2 • ffl x x x x3 c. f  x ffl ffl x x x f  x x ffl ffl x 3 2 5 3 5 3 1 2 3 5 3 2 3 5 3 5 3 k ' 3. Turunan Fungsi Berbentuk y = u ± v Diketahui, fungsi y = f(x) dengan f(x) = u(x) + v(x), dalam hal ini u(x) dan v(x) fungsi yang dapat diturunkan di x = a untuk a bilangan real. Dengan demikian, f f f f x f x f lim ' lim  a ffl  a ffl  a  $x  a $x  a $ lx $ 0 x u u v l x §  a  $x  v a  $x © · ¹ §  a   a © · ¹ $x ffl 0 lim$ l $ l   $     $  $ ffl $x $x u $ u   $ v $x u 0 0 lim  a  $  $    $  $ ffl   $ l $ u $x v $ v $x u  v $x lim ' '   v 0  a Dari uraian tersebut, dapatkah Anda menduga bentuk umum turunan fungsi y = u ± v? Cobalah nyatakan bentuk tersebut dengan kata-kata Anda sendiri. Konsep turunan fungsi y = u ± v yang telah Anda pelajari tersebut memperjelas kesimpulan berikut. Misalkan, a adalah bilangan real sebarang sehingga berlaku y ' = f '(a) = u'(a) + v'(a) ; untuk y = u + v maka y' = u' + v' Dengan cara yang sama, coba Anda tunjukkan bahwa untuk y = u – v maka y' = u' – v'.

206 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam 4. Turunan Fungsi y = c . u Diketahui, fungsi y = f(x) dengan f(x) = c . u(x), dalam hal ini c konstanta dan u(x) fungsi yang dapat diturunkan di x = a untuk a bilangan real sehingga f f f x c x x x ' lim lim  a  a  $x  a $x ffl • ua  $x $ lx $ lx 0 0  $ ffl   $  $  $ l c u• $x c u $ u $x cu $x lim '    ffl cu 0 Misalkan, a adalah sebarang bilangan real sehingga untuk y = f(a) = c . u(a) berlaku f '(a) = c . u'(a). Akibatnya, dari y = cu berlaku y' = c . u'. Pembahasan e Soal Diketahui f(x) = 3x2 – 5x + 2 g(x) = x2 + 3x – 3 Jika h(x) = f(x) – 2g(x) maka h’ (x) adalah.... Jawab: h(x)= f(x) – 2g(x) = 3x2 – 5x +2– 2 (x2 + 3x – 3) = x2 – 11x + 8 h’(x) = 2x – 11 Soal UMPTN 1997 Tentukan turunan fungsi berikut. a. f(x) = 3x2 b. f(x) = 8 x c. f(x) = 3 cos x d. f(x) = 53 x Jawab: a. f(x) = 3x2 maka f '(x) = 6x b. f(x) = 8 x = –8x–1 maka f '(x) = 8x –2 = 8 2 x c. f(x) = 3 cos x maka f ‘(x) = –3 sin x Contoh 8.13 Tentukan turunan fungsi berikut. a. f (x) = x3 – 3x2 c. f(x) = sin x + cos x b. f(x) = 3x + 1 x Jawab: a. f(x) = x3 – 3x2 maka f '(x) = 3x2 – 6x b. f(x) = 3x + 1 x = 3x + x–1 maka f '(x) = 3 – x–2 = 3 – c. f '(x) = cos x – sin x Contoh 8.12

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 207 5. Turunan Fungsi y = uv Diketahui, fungsi y = f(x) dengan f(x) = u(x) · v(x), dengan u(x) dan v(x) adalah fungsi yang dapat diturunkan di x = a, untuk a bilangan real. Oleh karena itu f f f x u x x ' l  a im lim  a  $x  a $x ffl  a  $x • $ lx 0 $x $ lx 0 v u v x u v x  a  $x  a  a $x ffl  a  $x  a x  $ $ lx lim0 u v u v u v x  a  $x  a  a x  $   a  $x  a  a  a $x § © ¨ ¨ ¨ · ¹ ¸ ¸ ¸ ffl   $ [ ]   $    $  $ l lim$x u $ [  $  0  $ v x x  a [ ] u a  $x u a $x § © ¨ ¨ ¨ © ¨ · ¹ ¸ ¸ ¸ ¹ ¸ ffl u $ lx li 0 v v x v u u x  a  $x  a  $x  a $x   a  a  $x  a $ lx $ lim0 $x ffl u a • v ' a  v a • u ' a Oleh karena itu, jika y = f(x) = u(x) · v(x) dengan a bilangan real sebarang berlaku f '(a) = u(a) · v'(a) + v(a) · u'(a). Untuk y = u · v, maka y' = uv' + vu'. Pembahasan e Soal Turunan dari y = (1 – x) 2 (2x + 3) adalah .... Jawab: Misalkan, u = (1 – x) 2maka u ‘ = 2(1 – x)(–1) = –2(1 – x). Misalkan, v = (2x + 3)lv ‘ = 2 y = uv y ‘= u’v + uv’ = –2(1 – x)(2x + 3) + (1 – x) 2 (2) = 2(1 – x)[(–2x – 3) + (1 – x)] = 2(1 – x)(–3x – 2) = 2(1 – x)(–1)(3x + 2) = 2(x – 1)(3x + 2). Soal UMPTN 1999 Tentukan turunan fungsi berikut. a. f(x) = (5x2 – 1) (3x – 2) b. f(x) = cos x sin x Jawab: a. f(x) = (5x2 – 1) (3x – 2) Misalkan, u = 5x2 – 1 maka u' = 10x dan v = 3x – 2 maka v' = 3 sehingga f '(x) = u (x) . v' (x) + v (x) . u' (x) = (5x2 – 1) . 3 + (3x – 2) . 10x = 30x2 – 20x + 15x2 – 3 = 45x2 – 20x – 3 b. f(x) = sin x cos x Misalkan, u x ffl sin x u k ' x cos x dan v x ffl cos ' x v k  x sin x sehingga f '(x)= u (x) . v' (x) + v (x) . u' (x) = sin x (– sin x) + cos x . cos x = cos2 x – sin2 x = cos2 x – (1 – cos2 x) = 2 cos2 x – 1 = cos 2x Contoh 8.14 d. f(x) = 53 x = 5 5 1 6 5 1 2 3 3 1 6 3 5 6 x x fx x ffl maka ' ffl = 5 6 1 6 25 3 6 5 5 6 x x ffl

208 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tentukan turunan fungsi berikut. a. f(x) = (2 + 3x2 ) 9 c. f(x) = 3 1 2 3 2 sin c 2 3 os x x  . b. f(x) = (5 + 2x) 3+ 2 1 x  Jawab: a. f(x) = (2 + 3x2 ) 9 Misalkan, u = 2 + 3x2 maka u’(x) = 6x sehingga f (x) = u9 f ‘(x) = 9u8 .u’(x) = 9(2 + 3x2 ) 8 .6x = 54x(2 + 3x2 ) 8 b. f(x) = (5 + 2x) 3+ 2 1 x  = 3 1  5 2   2 1  2 f '(x) = 3(5 + 2x) 2 · 2 + 1 2 2 1  2 1 x  2 • = 6(5 + 2x) 2 + 1 2 1 x  c. f x x x  x sin cos ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ 3 3¥ µ 1 1 ´ µ ¤ ¥ 2 1 2 ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl 2 2¥ ¥ 2 1 2 cos x 9 1 1 2 2 2 2 2 x xx x x sin cos sin cos Contoh 8.15 6. Turunan Fungsi y = un Diketahui y = f(u) dengan f(u) = un dan u = g(x). Jika fungsi u = g(x) dapat diturunkan di x = a, untuk a bilangan real maka g'(a) = lim$ l   $  $x $ g $ g 0 $x Oleh karena a bilangan real sebarang maka g'(x) = lim $ l   $  $x $ g $ g 0 $x l g'(x) = lim$ l $ $x $ u 0 $x Dengan cara yang sama, dapatkah Anda memperoleh f '(u) = lim $ l $ $u $ y 0 u ? Untuk Δx mendekati nol maka Δu mendekati nol sehingga f y u g u u x x u lim ' lim lim  u ffl $y $  x ffl $ $ lu $ $x $ lu 0 g 0 $u x  $ lx dan 0 0 0 $ $ • $ $ ffl   ™ $ $ • $ $ $ l $y u u $x f  g  $y u x $u lim  g ' lim u x f g y x f g y x u $x ffl  u  x ™ $y $x ffl  u  x ™  $ lu u g ' lim u g ' ' 0 ffl f  u ' f(u) = un , f '(u) = nun – 1 sehingga y'(x) = nun – 1 u'(x). Untuk y = unmaka y' = nun – 1 u'(x).

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 209 7. Aturan Rantai Perhatikan kembali uraian materi tentang fungsi y = un . Dari uraian tersebut, diperoleh bahwa untuk y = f(u) = un dengan u = g(x) maka turunannya y' = nun–1 u'(x). Hasil tersebut menggambarkan aturan rantai. Misalkan, y = f(u) dan u = g(x). (f o g)(x) = f{g(x)} = f(u) = y Jika fungsi g mempunyai turunan di x dan fungsi f mempunyai turunan di u, turunan fungsi komposisi y = f{g(x)} = f o g(x) ditentukan sebagai berikut. (f o g)'(x) = f '(g(x)) . g'(x) atau dy dx dy du du dx ffl • . Tentukan turunan fungsi y =  x 3 6 . Jawab: Misalkan, u = x 3 maka y = u6 . du dx x x dy du u dy dx dy du du dx u ffl ffl ffl ffl • ffl • 1 2 1 2 6 6 1 2 1 2 5 5 x x x x x ffl  • ffl  6 3 1 2 3 3 5 5 Contoh 8.16 8. Turunan Fungsi y = u v Diketahui, fungsi y = f(x) dengan f(x) = u v  x  x , dalam hal ini u(x) dan v(x) fungsi yang dapat diturunkan di x = a untuk a bilangan real maka

210 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tentukan turunan fungsi berikut. a. f(x) = cosec x b. f(x) = tan x Jawab: a. f(x) = cosec x = 1 sin x Misalkan u = 1 maka u' = 0 dan v = sin x maka v' = cos x. f(x)= u v  x  x sehingga f '(x) = u v uv v ' ' v 2 = 0 1 1 2 2   ffl ffl i 1 cos sin cos sin x 1 x x x x sin cot x x x ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µffl cosec Contoh 8.17 Situs Matematika Anda dapat mengetahui informasi lain tentang Fungsi dan Turunannya melalui internet dengan mengunjungi situs berikut. t IUUQflDBMDVMVTPSH t
IUUQflXXXXBMUFSGFOEUEF t
NBUFNBUJLBTNBCMPHTQPU DPN f '(a)= lim lim $ l $   $  $ ffl   $   $ $x x l $ f $ f $x u $ v $ 0 0 $ $ lx   $ u v $x = lim$ l    $    $ $x $    $ v u $ u v  $ 0 $xv v  $ = lim $ l    $       $x v u $ v u u u v 0  a  $ $    $ $ $x v v  $ = lim$ l    $  $ ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ¦ ´ ¶ µ µ µµ¶ µ  $x v u $ u $x u v 0 v x vav  a x  $  a $x ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ¦ ´ ¶ µ µ µµ¶ µ  a  a  $x = lim lim lim $ l $ $ l  •   $  $ $xl $x v u $ u $x u 0 0 $ l  $x 0  a •   $  $    $ $ l $ l lim lim $x $x v $ v $x vav   $ 0 0 = u v u v v v ' a • v a u a • v' a u' v u  a •  a ffl  a •  a  a v  a  v a ' 2 Oleh karena itu, jika y = f(x) = u v  x  x dengan a sebarang bilangan real sehingga berlaku f '(a) = u' a • v a u a • v' a  v a 2 maka f '(x) = u' x • v x u x • v' x  v x 2 . Untuk y = u v , berlaku y' = u v uv v ' ' v 2 .

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 211 Tentukan turunan fungsi berikut. a. f(x) = x x  2 2 b. f(x) = x  x  x  2 3 2 Jawab: a. Misalkan, u = x – 2 maka u' = 1 dan v = x + 2 maka v' = 1. f(x) = u v  x  x sehingga f '(x) = u' x • v x u x • v' x  v x 2 = 4 2 2  1   2  2  1   2 ffl   2  2   2  b. f(x) = x  x  x  2 3 2 Misalkan, u = (x – 1) 3 (2x+ 3) maka u’ = 3(x – 1)2 (2x + 3) + (x –1)3 (2) v = 2x2 maka v’ = –4x. f(x) = u v  x  x sehingga f '(x) = u u v '  x v x   x v x  x 2 = 3 2 3 2 3  x 1  2 3 x   x 1  2 § © ¨ · ¹  2x  x 1  2x    2 = 4 6 4 2 2 2 x  x 1 §6 9   2 2 x x © · ¹ 4  x 2 §  x 1  2x  3 © · ¹ 4 4 x = 4 4 2 4 x x x  x 1  12 18 2 12x  6 1 x  3 2 § 2x  x © ¨ · ¹ ¸ = x  x §  x  x x x x  © · ¹ ¸  § x  x x  2 3 = x  x  x  x x  3 Contoh 8.18 Pembahasan e Soal Jika f(x) = 3 2 x 4 , maka turunan f –1 (x) adalah .... Jawab: f(x) = 3 2 x 4 œ ffl  y x 3 2 x 4 maka x = 4 2 3 y y  f –1 (x) = 4 2 3 x  df dx  x ffl  x     x ffl  x 1 2 2 4 x  14 Soal UMPTN 1997 b. f(x) = tan x = sin cos x x Misalkan u = sin x maka u' = cos x dan v = cos x maka v' = – sin x. f '(x) = cos cos sin cos sin cos x x cos x sin x x sin x  cos x ffl  2 2 2 sin 2 2 1 x x ffl cos = sec2 x.

212 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tes Kompetensi Subbab B Kerjakanlah pada buku latihan Anda. Tentukan turunan fungsi-fungsi berikut. 1. f(x) = 4x5 – x3 + 1 2. f(x) = 3 2x x3 3. f(x) = x 9 x 9  4. f(x) = 18 2 43 x x  5. f(x) = x x 3 4 1  6. f(x) = x x 3 2  5 7. f(x) = (x2 – 1)(x3 + 3) 8. f(x) = x4 (x – 5) 9. f(x) = (x–3 + 5)(3x2 – 11) 10. f(x) = ( )( ) 1 3 1 2 )(3 11. f(x) = x x   x 8 2 2 12. f(x) = x x 8 5  13. f(x) = sin (x + 2) 14. f(x) = 5 sin(3 – x) 15. f(x) = x2 sin x 16. f(x) = 4x3 cos(–6x) 17. f(x) = tan (5x + 1) 18. f(x) = tan (x3 – 5x) 19. f(x) = cot(5x – 3) 20. Luas permukaan kubus berusuk x cm ditunjukkan oleh fungsi L(x) = 6x2 . Tentukan laju perubahan luas (L) terhadap x untuk x = 7 cm dengan cara menghitung L’ (7). Sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/detik. Kedudukan peluru setelah t detik memenuhi persamaan h(t) = 30t – 6t² dengan h(t) adalah tinggi peluru yang diukur dalam meter. a. Carilah kecepatan peluru pada saat 1,5 detik. b. Kapan peluru berhenti? Jawab: Diketahui: Kecepatan awal peluru = 10 m/detik. Kedudukan peluru pada t detik = h(t) = 30t – 6t². Ditanyakan: a. Kecepatan peluru pada saat 1,5 detik. b. Kapan peluru berhenti. Pengerjaan: a. Dalam fisika, kecepatan merupakan turunan dari kedudukan terhadap waktu sehingga v(t) = h'(t) = 30 – 12t. Jadi, kecepatan peluru pada saat t = 1,5 adalah v(1,5) = 30 –12(1,5) = 12 m/detik. b. Peluru akan berhenti ketika kecepatannya nol sehingga v(t ) = 0 ™ 30 – 12t = 0 ™ t = 2,5. Jadi, peluru berhenti pada saat 2,5 detik. Contoh 8.19

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 213 21. Panjang dan lebar sebuah persegipanjang adalah 3x + 2 dan 2x. Carilah laju perubahan luas terhadap x untuk lebar 6 cm. 22. Sebuah perusahaan memproduksi sejumlah barang (x) dengan biaya p(x) = 3x2 – 2x + 15. Jika biaya total marginal didefinisikan sebagai dp dx , tentukan biaya total marginal untuk memproduksi barang itu. Berapa biaya total untuk memproduksi 20 barang? 23. Pendapatan koperasi "Maju" dalam x tahun, mulai 1 Januari 2004 adalah P(x) = 3 4 3 20 2 x   3x , dengan P dalam jutaan rupiah. a. Tentukan laju perubahan sesaat P pada 1 Januari 2006. b. Tentukan laju perubahan sesaat P pada 1 Januari 2009. 24. a. Misalkan pertumbuhan bakteri pada waktu t memenuhi persamaan N(t) = 3t 2 t. Tentukan laju pertumbuhan bakteri tersebut. b. Populasi penduduk pada suatu daerah memenuhi persamaan N = 240.000 – 4 3 3 600 2 t   t  3 . . Tentukan dN dt . C. Persamaan Garis Singgung pada Kurva Telah Anda ketahui bahwa kemiringan (gradien) garis singgung kurva y = f(x) di titik A(a, f(a)) adalah f '(a) = lim$ l   $  $x $ f $ f 0 $x Persamaan garis lurus yang melalui titik P(x1 , y1 ) dengan gradien m adalah y – y1 = m(x – x1 ) Dengan demikian, persamaan garis singgung g di titik A(a, f(a)) pada kurva adalah y – f(a) = f '(a) (x – a) Tentukan persamaan garis singgung pada kurva berikut. a. f(x) = x2 di titik (–2, 4) b. y = x3 di titik yang memiliki absis x = 1 dan x = 2. Jawab: a. Persamaan garis singgung pada kurva f(x) = x2 di titik (–2, 4) adalah y – 4 = f '(–2) (x – (–2)). f(x) = x2 maka f '(x) = 2x sehingga f '(–2) = 2(–2) = –4 Jadi, persamaan garis singgung pada kurva f(x) = x2 di titik (–2, 4) adalah y – 4 = –4 (x + 2) ™ y = –4 x – 4. Contoh 8.20

214 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tentukan persamaan garis singgung pada kurva berikut. a. y = f(x) di titik (1, 4) jika f '(x) = 3x2 + 6x b. y=f(x) denganf(x) = 2x3 yang tegak lurus terhadap garis y=– 1 24 x . Jawab: a. Persamaan garis singgung pada kurva y = f (x) di titik (1, 4), menurut rumus adalah y – f (1) = f '(1) (x – 1). Diketahui f(1) = 4 dan f '(x) = 3x2 + 6x maka f '(1) = 3 . 12 + 6 . 1 = 9. Jadi, persamaan garis singgung di titik (1, 4) adalah y – 4 = 9 (x – 1) ™ y = 9x – 5. b. Jika g: y = mx + n adalah garis singgung pada kurva y = 2x3 dan tegak lurus terhadap garis h: y = – 1 24 x maka m (– 1 24 x ) = –1 ™ m = 24. Persamaan garis singgung pada kurva y = 2x3 adalah y – f(x1 ) = f '(x1 ) (x – x1 ) dengan x1 absis titik singgung pada kurva y = 2x3 . Selanjutnya, nilai x1 ditentukan sebagai berikut. f '(x) = 6x2 maka f '(x1 ) = 6x1 2 . Contoh 8.21 Menentukan Persamaan Garis Singgung pada Kurva jika Gradien Garis Singgung Diketahui Untuk menentukan persamaan garis singgung pada kurva apabila gradien garis singgung diketahui, pelajari beberapa contoh berikut. Pembahasan e Soal Kurva y = (x2 + 2) 2 memotong sumbu-y di titik A. Persamaan garis singgung pada kurva tersebut di A adalah .... Jawab: A adalah titik potong kurva y = (x2 + 2) 2 terhadap sumbu-y. absis xA = 0 yA = (0 + 2) 2 = 4 m = dy dx = 2(2x)(x2 + 2) mA = 2(0)(0 +2) = 0 Persamaan garis singgung y – yA = mA(x – xA) y – 4 = 0 l y = 4 Soal UMPTN 2001 b. Untuk absis x = 1. Persamaan garis singgung pada kurva f(x) = x3 adalah y – f (1) = f '(1) (x – 1) f(1) dan f '(1) ditentukan sebagai berikut: f(x) = x3 maka f(1) = 13 = 1. f '(x) = 3x2 sehingga f '(1) = 3 . 12 = 3 Jadi, persamaan garis singgung pada kurva f(x) = x3 di titik (1, 1) adalah y – 1 = 3 (x – 1) ™ y = 3x – 2. Untuk absis x = 2. Persamaan garis singgung pada kurva f(x) = x3 adalah y – f(2) = f '(2) (x – 2) f(2) dan f '(2) ditentukan sebagai berikut: f(x) = x3 maka f(2) = 23 = 8. f '(x) = 3x2 sehingga f '(2) = 3 . 22 = 12 Jadi, persamaan garis singgung pada kurva f(x) = x3 di titik (2,8) adalah y – 8 = 12(x – 2) ™ y = 12x – 16.

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 215 Diketahui f '(x1 ) = 24 sehingga 6x1 2 = 24 ™ x1 2 = 4™ x1 = ± 2. Untuk x1 = 2, diperoleh f (x1 ) = 2 . 23 = 16. Persamaan garis singgung yang tegak lurus terhadap garis y = – 1 24 x adalah y – 16 = 24 (x – 2) ™ y = 24x – 32. Coba Anda tentukan persamaan garis singgung untuk x1 = –2. Tes Kompetensi Subbab C Kerjakanlah pada buku latihanmu. 1. Tentukan persamaan garis singgung kurvakurva berikut. a. f(x) = x2 di titik (2,4) b. f(x) = 1 – 1 2 2 x di titik (2,–1) c. f(x) = x3 + 1 di titik (–1, 0) d. f(x) = x2 – 3x – 7 di x = 4 2. Tentukan persamaan garis singgung kurva y = f(x) pada titik yang diketahui jika gradien garis singgungnya diberikan oleh persamaan berikut. a. f '(x) = 4x – 4 di (1,–2) b. f '(x) = 2 – 6x di (0,0) c. f '(x) = 3x2 – 2 di (–1,1) d. f '(x) = 3 – 3x2 di (2,–2) 3. a. Tentukan persamaan garis singgung kurva y = 2x2 – 3x yang sejajar garis y = x. b. Tentukan persamaan garis singgung kurva y = x2 – 4x + 5 yang tegak lurus y = –2x + 3. c. Tentukan koordinat pada kurva y=x2 + 3x – 10 agar garis singgung kurva di titik itu mempunyai gradien 7. d. Tentukan persamaan garis singgung kurva y = x – 1 2 x di titik potong kurva itu dengan sumbu-x. 4. Garis y = x + 1 memotong parabola y = x2 + 2x + 1 di titik A dan B. Tentukan persamaan garis singgung parabola itu di titik A dan B. 5. Garis singgung kurva y = 1 4 2 x di titik (2,1) memotong sumbu-x di titik A dan memotong sumbu-y di titik B. Tunjukkan bahwa koordinat titik A dan B adalah A(1,0) dan B(0,–1). D. Fungsi Naik dan Fungsi Turun Diketahui, sebuah peluru ditembakkan ke atas dan lintasannya digambarkan sebagai kurva dari fungsi y = f(x), seperti pada Gambar 8.5. Peluru bergerak naik dari titik A ke titik B, kemudian bergerak turun dari titik B ke titik C. Dikatakan f disebut naik dalam daerah Df = {x| a ≤ x ≤ b} sebab semakin besar nilai x menyebabkan nilai fungsi f fsemakin bertambah besar. Fungsi f disebut turun dalam daerah Df = {x| b ≤ x ≤ c} sebab semakin besar nilai x menyebabkan nilai fungsi f f semakin kecil. Dari uraian tersebut, dapatkah Anda menyatakan suatu fungsi f disebut monoton naik dan suatu fungsi f disebut monoton turun? Cobalah nyatakan dengan kata-kata Anda sendiri. Gambar 8.5 y O A C B abc

216 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Definisi 8.1 Misalkan f terdefinisi pada selang I. Kita katakan bahwa: • f monoton naik pada I jika untuk setiap pasangan bilangan a dan b dalam I, a < b mengakibatkan f(a) < f(b); • f monoton turun pada I jika untuk setiap pasangan bilangan a dan b dalam I, a < b menyebabkan f(a) > f(b). Sekarang amati Gambar 8.7. Titik P1 adalah titik sebarang pada grafik yang terletak pada selang (0, a), titik P2 adalah titik sebarang pada grafik yang terletak pada selang (a, b) dan titik P3 adalah titik sebarang pada grafik yang terletak pada selang (b, c). Apabila Anda membuat garis singgung di P1 , P2 , dan P3 yang diberi nama g1 , g2 , dan g3 seperti pada Gambar 8.8 maka garis singgung g1 memiliki gradien positif (condong ke kanan), garis singgung g2 memiliki gradien negatif (condong ke kiri), dan garis singgung g3 memiliki gradien positif (condong ke kanan). Coba Anda jelaskan dengan kata-kata Anda sendiri, mengapa g1 memiliki gradien positif, g2 memiliki gradien negatif, dan g3 memiliki gradien positif. Gradien garis singgung di suatu titik pada grafik dapat ditentukan dengan turunan fungsi. Untuk fungsi naik dan fungsi turun memenuhi teorema berikut. Misalkan, fungsi f dapat diturunkan pada selang terbuka (a, b). • Jika f '(x) > 0 untuk setiap x dalam selang (a, b) maka fungsi f naik pada selang (a, b). • Jika f '(x) < 0 untuk setiap x dalam selang (a, b) maka fungsi f turun pada selang (a, b). Periksa naik atau turunnya fungsi-fungsi berikut. 1. f(x) = –x2 pada selang (0,1) 2. f(x) = 10x – x2 pada selang (0,10) Jawab: 1. f(x) = –x2 maka f '(x) = –2x. Misalkan, p anggota (0, 1) sehingga 0 < p < 1. f '(p) = –2p < 0 untuk p > 0 sehingga f(x) = x2 pada selang (0, 1) merupakan fungsi turun. 2. f(x) = 10x – x2 maka f '(x) = 10 – 2x. Misalkan, p anggota (0, 10) sehingga 0 < p < 10. f '(p) = 10 – 2p > 0 untuk p < 5 dan f '(p) = 10 – 2p < 0 untuk p > 5. Dengan demikian, f(x) = 10x – x2 pada selang (0, 10) merupakan fungsi naik dan fungsi turun. Contoh 8.22 Gambar 8.6 Gambar 8.7 Gambar 8.8 y x turun naik y x B C D P2 P A 3 O c a b P1 y x B C D P2 P3 A O c a b P1 g2 g1 g3

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 217 Periksa naik atau turunnya fungsi f(x) = cos x pada selang-selang berikut. a. 0 2 , ¤ P ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ b. P P , 3 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ Jawab: f(x) = cos x maka f '(x) = –sin x. a. f(x) = cos x pada selang 0 2 , ¤ P ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ Misalkan, p adalah anggota 0 2 , ¤ P ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ sehingga 0 < p < P 2 . f '(p) = –sin p < 0 untuk 0 < p < P 2 sehingga f(x) = cos x pada selang 0 2 , ¤ P ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ merupakan fungsi turun. b. f(x) = cos x pada selang P P , 3 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ. Misalkan, p anggota P P , 3 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ sehingga π < p < 3 2 π. f '(p) = –sin p > 0 untuk π < p < 3 2 sehingga f(x) = cos x pada selang P P , 3 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µ merupakan fungsi naik. Contoh 8.23 Tentukan pada interval (0, 2π) di mana tempat fungsi f(x) = cos (x + π) merupakan fungsi naik atau fungsi turun. Jawab: f(x) = cos ( x + π), maka f '(x) = –sin (x + π). • Agar fungsi f(x) = cos (x + π) merupakan fungsi naik maka f '(x) > 0 sehingga –sin (x + π) > 0. Untuk menyelesaikan pertidaksamaan ini, gunakan diagram tanda melalui tahapan berikut: –sin (x + π) = 0 –sin (x + π) = sin 0 ™ x + π = 0 ± k 2π, k bilangan bulat x = –π ± k 2π Oleh karena x Œ (0, 2π) maka nilai x yang memenuhi adalah x1 = π sehingga diperoleh diagram tanda berikut. 0 π 2π Dari diagram tanda tersebut interval yang menghasilkan –sin (x + π) > 0 adalah 0 < x < π. Contoh 8.24

218 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Jadi, f(x) = cos (x + π) merupakan fungsi naik pada interval 0 < x < π, seperti diperlihatkan pada Gambar 8.9. • Fungsi f(x) = cos(x + π) merupakan fungsi turun, jika f '(x) < 0 sehingga f '(x) = –sin (x + π) < 0. Dengan menggunakan diagram tanda, interval yang menghasilkan –sin(x + π) < 0 adalah π < x < 2. Jadi, f(x) = cos (x + π) merupakan fungsi turun pada interval π < x < 2π, seperti diperlihatkan pada Gambar 8.9. Tes Kompetensi Subbab D Kerjakanlah pada buku latihan Anda. 1. Periksalah, apakah fungsi-fungsi berikut pada selang [0,1],[–1.1],[–1,0] merupakan fungsi naik atau fungsi turun. a. f(x) = 3x2 – 12x + 9 b. f(x) = x2 – 16x + 12 c. f(x) = 4 + 10x – x2 d. f(x) = 1 + x3 e. f(x) = x3 – 6x2 + 9x + 1 f. f(x) = x3 – 3x2 – 24x + 7 2. Periksalah, apakah fungsi-fungsi f(x) pada selang [0, P 2 ], [ P 2 , π],[π, 3 2 P ], [ 3 2 P , 2π] merupakan fungsi naik atau fungsi turun. a. f(x) = sin x b. f(x) = cos(x – P 2 ) c. f(x) = sin (x + P 2 ) d. f(x) = sin (x – π) e. f(x) = cos (x + π) f. f(x) = cos 2x 3. Tunjukkan bahwa untuk setiap x bilangan real, fungsi f (x) = 13 x selalu turun. 4. Jika f (x) merupakan fungsi naik pada suatu interval I, tunjukkan bahwa a. f(x) + c dengan c konstanta juga naik; b. –f(x) merupakan fungsi turun. 5. Konsentrasi K(t), suatu obat dalam darah pasien memenuhi persamaan K t t  t ffl  t ffi ffit 0 16 4 4 t  0 2 ffi ffit 4 2 , , dengan t menunjukkan waktu (dalam jam) setelah pemberian obat. Tentukan interval di mana konsentrasi obat naik, dan interval di mana konsentrasi obat turun. E. Maksimum dan Minimum Fungsi Anda telah mempelajari fungsi kuadrat dan grafiknya di Kelas IX. Pada pembahasan mengenai hal tersebut, Anda telah dapat menentukan titik ekstrim maksimum atau titik ekstrim minimum dari fungsi kuadrat melalui proses aljabar bilangan real. Perlu diketahui bahwa proses tersebut tidak dapat dikembangkan untuk menentukan titik ekstrim fungsifungsi yang lebih rumit. Ternyata dengan menggunakan turunan Anda dapat menentukan titik ekstrim segala jenis fungsi yang dapat diturunkan bahkan juga yang kontinu. Agar lebih jelasnya, amati uraian berikut. x y –1 1 π 2π P 2 3 2 P Gambar 8.9

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 219 Gambar 8.10 memperlihatkan grafik y = f(x) = x2 – 2. Anda mungkin memahami bahwa fungsi y = f(x) = x2 – 2 mempunyai nilai minimum pada x = 0 sebab f(x) = f(0) = 02 – 2 = –2. Turunan fungsi f(x) = x2 – 2 adalah f '(x) = 2x. Anda dapat memeriksa bahwaf '(x) < 0 untuk x < 0 dan f '(x) > 0 untuk x > 0 serta f '(0) = 0 pada x = 0. Oleh karena itu, f(x) turun untuk x < 0 dan f(x) naik untuk x > 0. Bagaimana dengan fungsi di x = 0, apakah naik atau turun? Fungsi f(x) di x = 0 tidak turun atau naik, titik ini disebut titik stasioner. Definisi 8.2 Jika fungsifmencapai titik ekstrim pada (a, f(a)) dan terdiferensialkan pada titik itu maka titik (a, f(a)) merupakan titik stasioner atau f '(x) = 0. Jika Anda amati grafik y = f(x) = x2 – 2, tampak adanya perubahan kemonotonan di sekitar x = 0 dari turun menjadi naik. Adanya perubahan kemonotonan dari turun menjadi naik menyebabkan adanya titik minimum sebagai tempat terjadinya perubahan kemonotonan itu sehingga pada titik x = 0 fungsi bernilai minimum, yaitu f(x) = f(0) = –2. Sekarang, selidiki grafik y = f(x) = 2 – x2 pada Gambar 8.11. Mudah diselidiki bahwa fungsi y = f(x) = 2 – x2 mempunyai nilai maksimum pada x = 0 sebab f(0) = 2 – 02 = 2. Turunan fungsi f(x) = 2 – x2 adalah f '(x) = –2x. Anda dapat menyelidiki bahwa f '(x) > 0 untuk x < 0 dan f '(x) < 0 untuk x > 0 serta f '(0) = 0 pada x = 0. Oleh karena itu, f(x) naik untuk x < 0, f(x) turun untuk x > 0, dan x = 0 adalah titik stasioner. Jika Anda amati grafik y = f(x) = 2 – x2 , tampak adanya perubahan kemonotonan di sekitar x = 0 dari naik menjadi turun. Adanya perubahan kemonotonan dari naik menjadi turun menyebabkan adanya titik maksimum sebagai tempat terjadinya perubahan kemonotonan itu sehingga pada titik x = 0 fungsi bernilai maksimum, yaitu f(x) = f(0) = 2. Pembahasan dilanjutkan tentang maksimum dan minimum dengan memeriksa fungsi f(x) = x3 dan f(x) = |x|. Kedua grafik tersebut diperlihatkan pada Gambar 8.12. • Turunan pertama fungsi f(x) = x3 adalah f '(x) = 3x2 . Anda dapat memeriksa bahwa f '(x) > 0 untuk x 0 dan f '(x) = 0 pada x = 0. Oleh karena itu, f(x) naik untuk x < 0 atau x > 0 dan x = 0 adalah titik stasioner. Akibatnya, titik y x x 2 x1 –2 O f '(0) = 0 f '(x1 ) < 0 f '(x2 ) > 0 y = x2 – 2 Gambar 8.10 Gambar 8.11 y x1 x2 x 2 O f '(0) = 0 f '(x1 f '(x ) < 0 2 ) > 0 y = 2 – x2 (a) y x y = x3 f'(x2 ) > 0 x2 x1 f '(x2 ) > 0

220 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam stasioner bukan merupakan titik ekstrim (maksimum atau minimum). Anda dapat mengamati dari Gambar 8.12(a) bahwa grafik y = x3 selalu naik di sekitar x = 0. • Pada gambar 8.12(b), f(x) = |x| = x x jika jik q x jika x ff ª « ­­ ­ ¬ ­ ­ ­ 0 0 sehingga f '(x) = –1 < 0 untuk x < 0 dan f '(x) = 1 > 0 untuk x > 0. Adapun untuk menentukan f '(0) digunakan konsep limit, yaitu sebagai berikut. f '(0) = lim lim lim x x f f x x x x l x  x  ffl ffl 0 0 xl0 0 0 0 Dari Bab 7 tentang pengertian limit telah diterangkan bahwa limit fungsi tersebut tidak ada. Jadi, f '(0) tidak ada atau f tidak terdiferensialkan. Oleh karena itu, f(x) turun untuk x < 0, f(x) naik untuk x > 0, dan x = 0 bukan merupakan titik stasioner sehingga pada x = 0 fungsi bernilai minimum. Sekarang amati Gambar 8.13. Diketahui, fungsi f(x) terdefinisi pada interval a ≤ x ≤ d serta f '(b) = f '(c) = 0. Dari Gambar 8.13. diperoleh uraian berikut. a. Untuk Df = [a, p] atau Df = {x | a < x < p}, • nilai maksimum fungsi f f f(x) adalah f(b) sehingga x = b menyebabkan f '(b) = 0; • nilai minimum fungsi f(x) adalah f(a) dan x = a merupakan titik ujung kiri interval Df . Nilai f(b) > f(x) untuk x anggota Df = [a, p] sehingga f(b) dinamakan nilai maksimum mutlak atau nilai f maksimum global. Oleh karena f(a) < f(x) untuk x anggota Df = [a, p] maka f(a) disebut nilai minimum mutlak atau nilai minimum global. b. Untuk Df = [p, d] atau Df = {x | p ≤ x ≤ d}, • nilai maksimum fungsi f f f(x) adalah f(d) dan x = d merupakan titik ujung kanan interval Df ; • nilai minimum fungsi f(x) sama dengan f f(c) dan x = c menyebabkan f '(x) = 0. Untuk Df = [p, d] nilai maksimum dan minimum fungsi f(x) merupakan f nilai maksimum dan minimum global. c. Untuk Df = [a, d] atau Df = {x | a ≤ x ≤ d}, • nilai balik maksimum f f f(b) bukan merupakan nilai maksimum fungsi f(x), tetapi dinamakan nilai maksimum lokal atau maksimum relatif; • nilai balik minimum f(c) bukan merupakan nilai minimum fungsi f(x) akan tetapi dinamakan nilai minimum lokal atau minimum relatif. Gambar 8.13 (b) Gambar 8.12 0 y x f '(x2 f '(x ) > 0 2 ) < 0 f '(x) = |x| y x 0 dcpb a f (x)

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 221 Untuk menentukan nilai minimum atau maksimum fungsi f(x) dalam interval tertutup, terlebih dahulu ditentukan nilai f(x) untuk nilai x sebagai titik ujung interval domain fungsi f(x) dan nilai x yang menyebabkan f '(x) = 0. Kemudian, bandingkan nilai-nilai tersebut. Tentukan nilai maksimum dan minimum f(x) = 2x2 – x, untuk: a. Df = {x | –1 ≤ x ≤ 2}, b. Df = {x | –6 ≤ x ≤ –4}. Jawab: f(x) = 2x2 – x ™ f '(x) = 4x – 1 4x – 1 = 0 ™ x = 1 4 . a. x = 1 4 anggota Df = {x | 1 ≤ x ≤ 2} f 1 4 2 1 4 1 4 1 8 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µffl ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl ffl ....(1) f(–1) = 2 (–1) 2 – 1 = 1 ....(2) f(2) = 2 (2) 2 – 2 = 6 ....(3) Dari (1), (2), dan (3), diperoleh f(2) = 6 adalah nilai maksimum dan f 1 4 1 8 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µffl merupakan nilai minimum fungsi f(x) = 2x2 – x dengan Df = {x | –1 ≤ x ≤ 2}. b. x = 1 4 bukan anggota Df = {x | –6 ≤ x ≤ –4} f(–6) = 2 (–6) 2 – (–6) = 78 f(–4) = 2(–4) 2 – (–4) = 36 Jadi, fungsif(x) = 2x2 – x dengan Df = {x | –6≤x≤ –4} mempunyai nilai maksimum f(–6) = 78 dan nilai minimum f(–4) = 36. Contoh 8.25 Soal Terbuka Arif memiliki kawat yang panjangnya 28 cm kawat. Ia akan membuat bingkai berbentuk persegipanjang. Tentukan ukuran bingkai yang mungkin. Tentukan pula ukuran bingkai yang akan memberikan luas maksimum. Selembar aluminium akan dibuat silinder tanpa tutup dengan volume 8.000π cm3 . Tentukan tinggi dan jari-jari alas silinder agar aluminium yang digunakan seminimal mungkin. Jawab: Diketahui: Volume silinder tanpa tutup yang dibuat 8.000π cm3 . Ditanyakan: Tinggi dan jari-jari alas silinder agar luas aluminium minimal. Contoh 8.26

222 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam (a) (b) Gambar 8.14 (a) Selembar aluminium. (b) Silinder yang akan dibuat. Jumlah bahan bakar solar selama satu tahun yang dibutuhkan oleh suatu kendaraan yang bergerak dengan kecepatan v km/jam memenuhi persamaan Q(v) = 1 65 v2 + 2v + 2.500 liter Tentukan jumlah maksimum solar yang dibutuhkan dalam empat tahun. Jawab: Q(v) = 1 65 v2 + 2v + 2.500 liter Nilai stasioner Q(v) diperoleh jika Q'(v) = 0 sehingga Q’(x) = 2 65 v + 2 = 0 ™ 2 65 v = 2 ™ v = 65 Jumlah maksimum solar yang dibutuhkan selama satu tahun adalah Q(65) = 1 65 (65) 2 + 2(65) + 2.500 = 2.565 liter Jumlah maksimum solar yang dibutuhkan empat tahun adalah 4 × 2.565 = 10.260 liter. Contoh 8.27 Pengerjaan: Misalkan, volume silinder = V (r), tinggi silinder = t, jari-jari alas silinder = r, dan luas permukaan silinder = L (r). V (r) = luas alas × tinggi = π r 2 × t = 8.000π sehingga t = 8 000 8 000 2 2 . . 000P 8 Pr r ffl ....(1) L (r) = luas alas + luas selubung = π r² + 2πrt ....(2) Substitusikan (1) ke (2) sehingga diperoleh L (r)= P P r r P r rt 2 2 2 2 8 000 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µffl  Pr 2 . Nilai stasioner L (r) diperoleh jika nilai L' (r) = 0 sehingga L' (r) = 2 16 000 2 P P r r . ™ ffl ™ ffl ™ ffl 2 16 000 0 2 16 000 8 000 2 2 3 P P r r . . . ™ r = 20 ....(3) Substitusikan (3) ke (1) sehingga diperoleh t = 8 000 8 000 400 20 2 . . 000 8 r ffl ffl Jadi, tinggi silinder t = 20 cm dan jari-jari alas r = 20 cm.

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 223 Tes Kompetensi Subbab E Kerjakanlah pada buku latihan Anda. Tentukan nilai maksimum dan nilai minimum fungsi-fungsi berikut untuk domain yang diberikan. 1. f(x) = x3 – 6x2 + 9x dengan a. Df = {x | –3 ≤ x ≤ 0} b. Df = {x | 0 ≤ x ≤ 3} c. Df = {x | 3 ≤ x≤ 5} d. Df = {x | 5 ≤ x ≤ 7} 2. f(x) = 4x7 – x4 dengan a. Df = {x | –1 ≤ x ≤ 0} b. Df = {x | 0 ≤ x ≤ 1} c. Df = {x | 1 ≤ x ≤ 2} d. Df = {x | 2 ≤ x ≤3} 3. f(x) = (x –2)2 (x – 5) dengan a. Df = {x | 0 ≤ x ≤ 2} b. Df = {x | 2 ≤ x ≤ 4} c. Df = {x | 3 ≤ x ≤ 5} d. Df = {x | 5 ≤ x ≤ 7} 4. Jika fungsif(x) = x3+px+ 3 dengan daerah asal Df ={x | –1 ≤x≤ 1} mencapai nilai minimum relatif di x = 1, tentukan nilai f (1) dan p. 5. Jumlah dua bilangan bulat sama dengan 8. Tentukan bilangan-bilangan tersebut agar jumlah kuadratnya minimum. 6. Menurut Departemen Riset sebuah perusahaan, biaya produksi x unit barang jenis A sebesar 2x3 – 4.000x2 + 6.000.000x rupiah per hari. Jika barang diproduksi, tentukan jumlah unit per hari yang harus diproduksi agar biaya produksi per unitnya minimum. 7. Dari selembar seng berbentuk persegipanjang, akan dibuat talang air. Kedua tepinya dilipat selebar x, seperti pada gambar di samping. Jika lebar seng tersebut 40 cm, x x P Q R S a. tunjukkan bahwa luas penampang talang adalah L (x) = 40x – 2x2 ; b. tentukan ukuran penampang L (x) = 40x – 2x2 . 8. Luas sebuah juring lingkaran yang berjarijari r adalah 4cm2 . a. Tunjukkan bahwa kelilingnya adalah K(r) cm dengan K(r) = 2 4 r r  ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ. b. Tentukan nilai minimum K. 9. Suatu perusahaan membuat kaleng berbentuk tabung tertutup dengan volume V. Upah buruh (c) berbanding langsung dengan panjang bagian yang dipatri, yaitu jumlah tinggi kaleng dengan dua kali keliling alas kaleng. a. Jika tinggi kaleng t dan jari-jari alas r, buktikan bahwa c = k V r r P P 2  4 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ dengan k = konstanta. b. Buktikan bahwa upah buruh (c) paling murah jika tinggi kaleng sama dengan keliling alasnya. 10. Rata-rata pertumbuhan suatu bakteri setelah t menit diberikan oleh persamaan N(t) = 1000 + 30t 2 – t 3 , 0 < t < 20 Tentukan kapan pertumbuhan bakteri tersebut a. menurun, b. meningkat, dan c. mencapai maksimum. 11. Setelah satu jam x miligram obat tertentu diberikan kepada seseorang, perubahan temperatur (dinyatakan dalam Fahrenheit) dalam tubuhnya diberikan oleh persamaan T(x) = x2 1 9 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ x , 0 ≤ t ≤ 6 Rata-rata perubahan T(x) bersesuaian dengan ukuran dosis x. T(x) disebut sensitivitas tubuh terhadap dosis obat.

224 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam a. Kapan sensitivitas tubuh meningkat? b. Kapan sensitivitas tubuh menurun? c. Berapakah nilai maksimum sensitivitas tubuh? 12. Kecepatan suatu reaksi kimia yang bergantung pada jumlahnya memenuhi persamaan v = k (300x – 2x2 ), dengan k adalah konstanta. Tentukan jumlah zat tersebut agar kecepatan reaksi minimum. 13. Jika impedansi suatu rangkaian listrik memenuhi persamaanZ= R2 2  x 1 c x , tentukan XC agar Z minimum. (Diketahui: R = 1.500 dan XL = 1.000 ) L F. Turunan Kedua Anda telah mempelajari turunan pertama fungsi yang dinotasikan dengan dy dx atau y' atau df dx atau f '(x) Fungsi turunan dari turunan pertama dinamakan fungsi turunan kedua yang dinotasikan dengan d dx dy dx d y dx ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ ¶ µffl 2 2 atau ditulis y" d dx df dx d f dx ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ ¶ µffl 2 2 atau ditulis f "(x) Turunan kedua fungsi f(x) d y dx 2 2 atau y" atau d f dx 2 2 atau f "(x) Tentukan turunan kedua untuk fungsi berikut. a. f(x) = 2x4 – 5x b. f(x) = x sin x Jawab: a. f(x) = 2x4 – 5x f ‘(x) = 8x3 – 5 f “(x) = 24x2 Turunan kedua fungsi f(x) = 2x4 – 5x adalah f''(x) = 24x². b. f(x) = x sin x f '(x) = 1 2 1 2 x sin x + x cos x = 1 2 x sin x + x cos x Contoh 8.28

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 225 f "(x) = 1 4 3 2 x sin x + 1 2 1 2 x cos x = 1 2 1 2 x cos x – x sin x = 1 4x x sin x + 1 x cos x – x sin x Turunan kedua dari f(x) = x sin x adalah f "(x) = 1 4x x sin x + 1 x cos x – x sin x. Sebuah benda yang bergerak lurus pada lintasan (s) memenuhi persamaan t 3 – 6t 2 + 30t. Dalam hal ini, s dalam meter dan t dalam detik. a. Hitunglah panjang lintasan pada saat t = 3 dan t = 5. b. Tentukan kecepatan dan percepatan benda setelah t = 4 detik. c. Hitunglah laju pada waktu percepatannya nol. Jawab: a. Pada saat t=3, panjang lintasannya adalah s(3) = 33 – 6 32+ 30 3 = 63 meter Pada saat t = 5, panjang lintasannya adalah s(5) = 5³– 6 5² + 30 5 =125 meter b. s = t³ – 6t 2 + 30t Kecepatan v = ds dt = 3t 2 – 12t + 30 Kecepatan pada t = 4 sekon adalah v(4) = 3 42 – 12 4 + 30 = 30 m/detik Pecepatan a = d s dt dv dt 2 2 ffl = 6t – 12 Percepatan pada t = 4 sekon adalah a(4) = 6 4 – 12 = 12 m/detik2 c. a = 0 maka 6t – 12 = 0™ t = 2 v(t) = 3t ² – 12t + 30, untuk t = 2 maka v(2) = 3 2² – 12 2 2 + 30 = 18 m/detik Contoh 8.29 Teorema L’ Hopital Jika x = a disubstitusikan ke bentuk limx a f g  x  x diperoleh bentuk tak tentu 0 0 atau ∞ ∞ , Anda dapat menggunakan teorema L' Hopital. Teorema ini dikemukakan kali pertama oleh Marquis L' Hopital, seorang matematikawan Prancis (1661–1704 M).

226 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tentukan limit fungsi berikut. a. limx x l x x 2 2 4 4 x  2 b. lim cos x sin x l0 x x 4 1 x Jawab: a. Jika dengan menggunakan substitusi langsung, diperoleh limx x l x x ffl    ffl 2 2 2 4 4 x  2 4 2  4 2 2 0 0 (bentuk tak tentu) Dengan teorema L' Hopital, diperoleh lim lim x x x x x xl x ffl x 2 2 2 4 4 x  2 2 4 x 4 1 = 2(2) – 4 = 0. b. Jika menggunakan substitusi langsung diperoleh lim cos sin cos . i x x l x x sin ffl ffl ffl 0 4 1 x 0 1 0 0 .sin 1 1 0 0 0 (bentuk tak tentu) lim cos sin si x cos sin x x x sin x l x x cos x ffl 0  4 1 x 4 4 sin = lim cos cos i cos x x l x cos x 0  x sin x 16 4 =  ffl  16 0 0 0 0 16 1 1 0 1 cos cos 0 i  cos . = –8 Contoh 8.30 Definisi 8.3 Jika lim ,li x a x a f g a x  x ffl 0 0 ,lim g x ffl , serta lim ' x a f ' g  x  x ada, baik terhingga atau tak hingga maka lim lim ' x a x a f g f ' g' a g x  x  x ffl  x  x . Perluasan teorema L'Hopital adalah lim lim ' lim x a x a x a f g f ' g' f x '' a g x  x  x ffl  x  x ffl   ffl  g   f  g  '' x a l lim ''' (Proses berakhir jika hasil akhir tidak berbentuk 0 0 ).

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 227 Tes Kompetensi Subbab F Kerjakanlah pada buku latihan Anda. 1. Tentukan turunan kedua dari fungsi aljabar berikut. a. f(x) = x5 + 7x3 + 2x2 + 12x + 8 b. f(x) = 2 x + 5x2 – 3x c. f(x) = 6x4 + 12 2 3 x x d. f(x) = 2 4 4  x  e. f(x) = (3x– 4)10 f. f(x) = (x2 + 5)(2x³ – 3x + 9) g. f(x) = 2 2 1 5 x x  h. f(x) = 4 3 x  x 2. Tentukan turunan kedua dari fungsi-fungsi berikut. a. f(x) = tan x b. f(x) = sin 3x c. f(x) = cos x d. f(x) = x – cos x e. f(x) = sin x – cos x f. f(x) = tan x2 g. f(x) = sin x cos x h. f(x) = sin2 2x 3. Tentukan turunan kedua dari fungsi-fungsi berikut. a. f(x) = x3 – 3x + 2 b. f(x) = x3 (1+ x) c. f(x) = (1 – x)(1+ x) 3 d. f(x) = sin2 x, 0 ≤ x ≤ 2π e. f(x) = sin P 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥ ´ ¶ µ µ µx , 0 ≤ x ≤ 2π f. f(x) = tan2 x, 0 ≤ x ≤ 2π g. f(x) = x cos x, 0 ≤ x ≤ 2π h. f(x) = x tan x, 0 ≤ x ≤ 2π 4. Kerjakan soal-soal berikut. a. Jika f(x) = 3 7 x  , hitunglah f ''(3) b. Jika f(x) = 2 6 3 x  , hitunglah f ''(1) c. Jika f(x) = 6 2 1 x , hitunglah f ''(2) d. Jika f(x) = (x2 + 1)3 , hitunglah f ''(4) e. Jika f(x) = x 3 x ,hitunglah f ''(1) f. Jika f(x) = 64 x  3 hitunglah f ''(1) g. Jika f(x) = cos x – sin x , hitunglah f '' P 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ h. Jika f(x) = x cos x, hitunglah f '' P 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 5. Sebuah mobil bergerak lurus. Setelah bergerak t sekon, perpindahannya dinyatakan dengan rumus s(t) = 25t + 10t 2 , s(t) dalam meter. Berapa m s 2 percepatan mobil itu?

228 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam G. Nilai Stasioner 1. Pengertian Nilai Stasioner Fungsi Gambar 8.16 merupakan grafik fungsi f(x) = –(x – 1)2 + 4. Turunan pertama dari fungsi f(x) = –(x – 1)2 + 4 adalah f '(x) = –2(x – 1). Untuk x = 1, diperoleh f '(1) = –2(1 – 1) = 0. Oleh karena nilai f '(1) = 0 maka fungsi f(x) = –(x – 1)2 + 4 mencapai nilai stasioner di x = 1 dengan nilai stasioner f(1) = –(1 – 1)2 + 4 = 4. Selanjutnya, titik (1, 4) disebut titik stasioner. Dari contoh di atas dapatkah Anda menduga pengertian nilai stasionerfungsi? Cobalah nyatakan dengan kata-kata Anda sendiri. Konsep nilai stasioner fungsi yang telah Anda pelajari tersebut merupakan hal khusus dari hal umum berikut. Amati f "(x) > 0 untuk x < 0, dikatakan f cekung ke atas pada x < 0, f "(x) < 0 untuk 0 < x < 2, dikatakan f cekung ke bawah pada 0 < x < 2, dan f "(x) > 0 pada x > 2, dikatakan f cekung ke atas pada x > 2. Di sekitar x = 0 (titik (0, 0)) terjadi perubahan kecekungan dari cekung ke atas menjadi cekung ke bawah sehingga titik (0, 0) merupakan titik belok grafik fungsi f. Apakah titik (2, 0) merupakan titik belok? Bagaimana dengan titik (3, 0)? Dari uraian tersebut, dapatkah Anda menyatakan pengertian nilai stasionerfungsi? Cobalah nyatakan pengertian nilai stasioner fungsi dengan kata-kata Anda sendiri. Definisi 8.4 Diketahui fungsi y = f(x) kontinu dan dapat diturunkan (diferentiable) di x = c. Fungsi y = f(x) memiliki nilai stasioner f(c) jika f '(c) = 0 dan titik (c, f(c)) disebut titik stasioner. 1. Tentukan nilai stasioner fungsi f(x) = 3x2 – 6x + 5. 2. Tentukan nilai stasioner dan jenisnya untuk fungsi f(x) = x3 + 4x2 – 3x + 2. Jawab: 1. f(x) = 3x2 – 6x + 5œf '(x) =6x – 6 Nilai stasioner diperoleh jika f '(x) = 0 sehingga f '(x) = 0 6x – 6 = 0 x = 1. Contoh 8.31 y 0 1 2 3 1 2 3 4 (1,4) f (x) = – (x – 1)2 + 4 x Gambar 8.16 x

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 229 f(1) = 3.12 – 6. 1 + 5 = 2 Jadi, nilai stasioner f(x) = 3x2 – 6x + 5 adalah f(1) = 2 2. f(x) = x3 + 4x2 – 3x + 2 f '(x) = 3x2 + 8x – 3 untuk f '(x) = 0 3x2 + 8x – 3 = 0 (3x – 1) (x + 3) = 0 x = 1 3 atau x = –3 ™ f ' 1 3 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ = 0 dan f '(–3) = 0 sehingga untuk x = 1 3 diperoleh f 1 3 1 3 4 1 3 3 3 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µffl¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ  ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 1 3 2 1 13 27 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl2 untuk x = –3 diperoleh f(–3) = (–3) 3 + 4 (3) 2 – 3.3 + 2 = 2 Jadi, nilai stasioner f(x) = x3 + 4x2 – 3x + 2 adalah f 1 3 1 13 27 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µffl dan f(–3) = 2. Titik 1 3 1 13 27 , ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ dan (–3, 2) dinamakan titik stasioner. Untuk menentukan jenis stasioner, pelajari interval f '(x) di samping. Untuk mengetahui nilai f '(x) pada selang x < –3, –3 < x < 1 3 , dan x > 1 3 , substitusikan nilai x untuk selang interval tersebut pada f '(x) sehingga diperoleh • untuk x = –4, f '(–4) = 13 > 0 sehingga f(x) naik untuk x < –3; • untuk x = 0, f '(0) = –3 < 0 sehingga f(x)turun untuk interval –3 < x < 1 3 ; • untuk x = 1, f '(1) = 8 > 0 sehingga f(x) naik untuk x > 1 3 . Jadi, nilai f '(x) dapat digambarkan pada selang interval di samping. Dari gambar untuk selang interval tersebut • titik (–3, 2) adalah titik maksimum, • titik 1 3 1 13 27 , ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ adalah titik minimum. f '(x) > 0 f '(x) < 0 f '(x) > 0 –3 1 3 (3, 2) f '(x) 1 3 1 13 27 , ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ f '(x) –3 1 3

230 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam 2. Menentukan Nilai Stasioner Suatu Fungsi Anda telah mempelajari cara menentukan nilai stasioner dengan uji tanda turunan pertama. Misalkan, fungsi f(x) = x3 – 3x2 dengan f '(x) = 3x2 – 6x. Untuk f '(x) = 0 diperoleh titiktitik stasioner (0, 0) dan (2, –4), dengan (0, 0) dinamakan titik balik maksimum lokal, sedangkan (2, –4) dinamakan titik balik minimum lokal. Sekarang, pelajarilah cara menentukan nilai stasioner suatu fungsi dan penerapannya menggunakan turunan kedua. Dengan menggunakan turunan kedua jenis titik stasioner dapat ditentukan sebagai berikut. • Jika f "(c) < 0, f(c) adalah nilai maksimum lokal fungsi f(x) dan titik (c, f(c)) adalah titik balik maksimum lokal grafik fungsi f(x). • Jika f "(c) > 0, f(c) adalah nilai minimum lokal fungsi f(x) dan titik (c, f(c)) adalah titik balik minimum lokal grafik fungsi f(x). • Jika f "(c) = 0 atau tidak mempunyai turunan kedua, jenis nilai stasioner dilakukan dengan menggunakan uji turunan pertama. Tentukan jenis nilai stasioner fungsi f(x) = x3 – 6x2 + 9x + 1 dan f(x) = x4 – 4x3 dengan menggunakan uji turunan kedua. Jawab: • Untuk fungsi f(x) = x3 – 6x2 + 9x + 1 f '(x) = 3x2 – 12x + 9 = 3(x – 1) (x – 3) f "(x) = 6x – 12 Nilai stasioner diperoleh untuk f '(x) = 0, yaitu 3(x – 1) (x – 3) = 0 x = 1 atau x = 3 Nilai stasionernya adalah x = 1 atau x = 3 untuk x = 1, f "(1) = –6 < 0, sedangkan untuk x = 3, f "(3) = 6 > 0 sehingga f(1) adalah nilai maksimum lokal fungsi f(x), yaitu f(1) = 5 f(3) adalah nilai minimum lokal fungsi f(x), yaitu f(3) = 1 • Untuk fungsi f(x) = x4 – 4x3 f '(x) = 4x3 – 12x2 = 4x2 (x – 3) f "(x) = 12x2 – 24x Nilai stasioner diperoleh untuk f '(x) = 0, yaitu x = 0 atau x = 3 untuk x = 0, f "(0) = 0 dan untuk x = 3, f "(3) = 36 > 0 sehingga Contoh 8.32

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 231 Tes Kompetensi Subbab G Kerjakanlah pada buku latihan Anda. 1. Tentukan nilai stasioner, titik stasioner, dan jenisnya untuk fungsi-fungsi berikut. a. f (x) = 1 3 x3 + x2 – 3x b. f (x) = x3 + 5 2 x2 – 2x c. f (x) = x3 + 1 2 x2 – 2x + 1 d. f (x) = x3 (1 – x) e. f (x) = 3x4 + 4x3 f. f (x) = (x² – 3x – 4)2 2. Tentukan nilai p jika fungsi-fungsi berikut mencapai stasioner untuk nilai x yang diberikan. a. f (x) = x2 – px + 4, x = 2 b. f (x) = px2 + 4x – 21,x = -2 c. f (x) = p (x – 2)2 –1, x = 2 d. f (x) = x3 – px, x = 1 e. f (x) = px3 – 3x + 1, x = –1 f. f (x) = 2x3 – px2 – 12x, x = –1 g. f (x) = px4 – 4x3 + 2, x = 1 h. f (x) = 2 1 2 2 x  x , x = 0 3. Tentukan f '(x) serta nilai stasioner dan jenisnya untuk fungsi-fungsi berikut jika 0 ≤ x ≤ 2π. a. f (x) = 2sinx – x b. f (x) = x x  cos 2 c. f (x) = sin x – cos x d. f (x) = cos 2x e. f (x) = 2 sin 2x f. f (x) = x – 2 cos 2x 4. Tentukan nilai maksimum dan minimum lokal fungsi-fungsi berikut, menggunakan uji turunan kedua. Sekarang, amati diagram di samping. Amati f "(x) > 0 untuk x < 0, dikatakan f cekung ke atas pada x < 0, f "(x) < 0 untuk 0 < x < 2, dikatakan f cekung ke bawah pada 0 < x < 2, dan f "(x) > 0 pada x > 2, dikatakan f cekung ke atas pada x > 2. Di sekitar x = 0 (titik (0, 0)) terjadi perubahan kecekungan dari cekung ke atas menjadi cekung ke bawah sehingga titik (0, 0) merupakan titik belok grafik fungsi f. Apakah titik (2, 0) merupakan titik belok? Bagaimana dengan titik (3, 0)? Dari contoh tersebut dapatkah Anda menduga cara menentukan nilai stasioner suatu fungsi? Cobalah nyatakan dengan kata-kata Anda sendiri. Konsep yang telah Anda pelajari tersebut membawa kita pada definisi berikut. Definisi 8.5 f cekung ke atas pada [a, b] jika f "(x) > 0 dan f cekung ke bawah jika f "(x) < 0. Perubahan kecekungan disebut titik belok. f '(x) < 0 f '(x) < 0 f '(x) > 0 0 2 f(x) f(3) adalah nilai minimum lokal fungsi f(x), yaitu f(3) = –27. Untuk x = 0 dengan f "(0) = 0 jenis nilai stasioner ditentukan dengan uji turunan pertama.

232 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam H. Menggambar Grafik Fungsi Aljabar Di Kelas X, Anda telah mempelajari bagaimana menggambar grafik fungsi y = ax2 + bx +c dengan langkahlangkah sebagai berikut. 1. Menentukan titik potong grafik y = ax2 + bx +c dengan sumbu-x. 2. Menentukan titik potong grafik y = ax2 + bx +c dengan sumbu-y. 3. Menentukan koordinat titik balik fungsi. 4. Menentukan persamaan sumbu simetri fungsi. Langkah-langkah tersebut mudah dilakukan untuk menggambar fungsi parabola y = ax2 + bx +c. Akan tetapi untuk fungsi yang lebih kompleks, Anda tidak menggunakan cara tersebut. Sekarang, Anda akan mempelajari cara lain untuk menggambar grafik fungsi, yaitu dengan menggunakan turunan. Titik stasioner dan jenisnya adalah alat yang ampuh untuk menggambar grafik fungsi tersebut khususnya untuk mengenali titik-titik tempat terjadinya perubahan ciri-ciri grafik. Untuk memudahkan pengerjaan, berikut ini adalah langkah-langkah yang harus dilakukan. Langkah 1: Menganalisis f(x) a. Menentukan daerah asal fungsi f(x). b. Menentukan daerah nilai fungsi pada ujung interval daerah asal. a. f (x) = x3 – 6x2 + 9x + 1 b. f (x) = x3 – 9x2 + 24x – 10 c. f (x) = 3x – x3 d. f (x) = 2x2 – x4 e. f (x) = x4 – 3x2 + 5 f. f (x) = 2x5 – 3 5. Sebuah perusahaan komputer mengadakan penelitian pasar untuk produk barunya. Mereka memperoleh suatu kesimpulan bahwa hubungan antara harga h (juta per unit) dan permintaan x (unit per minggu) memenuhi persamaan h = 1.296 – 0, 12x2 , 0 < x < 80. Dengan demikian, penghasilan pada akhir minggu dapat ditentukan dengan pendekatan rumus R(x) = 1.296x – 0, 12x3 . Tentukan nilai maksimum dan minimum lokal fungsi tersebut. 7. Misalkan, persamaan biaya produksi perusahaan pada soal nomor 6 adalah C(x) = 830 + 306x. a. Tentukan persamaan yang menyatakan keuntungan perusahaan tersebut. b. Tentukan nilai maksimum dan minimum lokal dari fungsi keuntungan tadi. Petunjuk: Keuntungan diperoleh dari pendapatan dikurangi biaya produksi.

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 233 Buatlah sketsa grafik fungsi f(x) = x3 + 3x2 . Jawab: Langkah 1: Menganalisis f(x) a. Fungsi f(x) = x3 + 3x2 terdefinisi untuk semua bilangan real. Jadi, daerah asal f(x) adalah {x | x Œ R}. b. Daerah nilai f(x) = {f(x) | f(x) Œ R}. c. Titik potong dengan sumbu koordinat. • Titik potong dengan sumbu-y. Titik potong dengan sumbu-y diperoleh untuk x = 0 f(x) = x3 + 3x2 f(0) = 0 Fungsi f(x) memotong sumbu-y di y = 0. • Titik potong dengan sumbu-x. Titik potong dengan sumbu-x diperoleh untuk y = 0. f(x) = x3 + 3x2 y = f(x) x3 + 3x2 = 0 x2 (x + 3) = 0 x = 0 atau x = –3 Fungsi f(x) memotong sumbu-x di x = 0 atau x = –3. Langkah 2: Menganalisis f '(x) f(x) = x3 + 3x2 f '(x) = 3x2 + 6x Contoh 8.33 c. Menentukan titik potong dengan sumbu koordinat. • Titik potong dengan sumbu-x (diperoleh untuk y = 0 atau f(x) = 0). • Titik potong dengan sumbu-y (diperoleh untuk x = 0 atau f (0)). Langkah 2: Menganalisis f '(x) a. Menentukan titik stasioner. b. Menentukan interval di mana fungsi naik atau turun. c. Menentukan titik balik maksimum dan minimum lokal (jika ada). d. Menentukan titik belok fungsi. Langkah 3: Membuat sketsa grafik a. Menyajikan titik-titik yang diperoleh pada langkah 1 dan 2 pada bidang Cartesius. b. Membuatsketsa grafik dengan menghubungkan titik-titik tersebut. Hal Penting t
OPUBTJ -FJCOJU[ t UVSVOBO t HSBEJFO t
OJMBJ TUBTJPOFS

234 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam a. Titik stasioner diperoleh untuk f '(x) = 0. f '(x) = 0 ™ 3x2 + 6x = 0 ™ 3x (x + 2) = 0 ™ x = 0 atau x = –2 Titik stasioner diperoleh dengan menyubstitusikan x = 0 dan x = –2 pada fungsi f(x) = x3 + 3x2 sehingga diperoleh f(0) = 0 dan f(–2) = 4 Jadi, (0, 0) dan (–2,4) adalah titik-titik stasioner. b. Interval fungsi naik diperoleh jika f '(x) > 0 dan interval fungsi turun diperoleh jika f '(x) < 0. Interval-interval tersebut diperoleh dengan menentukan nilai-nilai x yang disubstitusikan pada fungsif‘(x). Substitusikanx = –3 untuk x < –2, x = –1 untuk –2 < x < 0 dan x = 1 untuk x > 0 pada fungsi f '(x) = 3x2 + 6x sehingga diperoleh f '(–3) = 9 > 0, f '(–1) = –3 f '(1) = 9 > 0 yang dapat digambarkan sebagai diagram di samping. f '(x) f '(–3) = 9 f '(–1) = –3 f '(1) = 9 Dari diagram tanda tersebut diperoleh interval berikut. • Interval fungsi naik pada x < –2 dan x > 0. • Interval fungsi turun pada –2 < x < 0. c. Titik balik maksimum dan minimum lokal dapat ditentukan dari diagram tanda. • Pada x = –2, f(x) berubah dari fungsi naik menjadi fungsi turun sehingga x = –2 adalah titik balik maksimum lokal. f(x) = x3 + 3x2 ™ f(–2) = 4 Titik (–2, 4) adalah titik balik maksimum lokal. • Pada x = 0, f(x) berubah dari fungsi turun menjadi fungsi naik sehingga x = 0 adalah titik balik minimum lokal f(x) = x3 + 3x2™ f(0) = 0 Titik (0, 0) adalah titik balik minimum lokal. Langkah 3: Membuat sketsa grafik Hasil sketsa grafik tampak pada Gambar 8.17. positif negatif positif –2 0 f(x) Gambar 8.17 titik balik maksimum lokal titik balik minimum lokal turun naik x 1 2 3 –1 –2 –1 –2 –3 y 4 3 2 1 0

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 235 Tes Kompetensi Subbab H Kerjakanlah pada buku latihan Anda. Buatlah sketsa grafik fungsi berikut. 1. f(x) = x3 – x2 – 14x + 11 2. f(x) = x3 – 6x2 9x + 1 3. f (x) = x5 – x4 + 14x3 + 6x2 – 45x – 3 • Beberapa turunan fungsi aljabar a. f (x) = k; k adalah konstanta fi f ' (x) = 0 b. f (x) = x fi f ' (x) = 1 c. f (x) = xn ; n Œ R fi f ' (x) = n · xn – 1 • Beberapa turunan fungsi trigonometri a. f (x) = sin x fi f ' (x) = cos x b. f (x) = cos x fi f ' (x) = –sin x c. f (x) = tan x fi f ' (x) = sec2 x Sekarang, lanjutkanlah rangkuman diatas. Rangkuman Setelah Anda mempelajari Bab 8, 1. coba Anda tuliskan bagian-bagian dari bab ini yang telah dipahamai, 2. tuliskan pula hal-hal yang masih sulit untuk dipahami di buku latihan Anda. Refleksi

236 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam Tes Kompetensi Bab 8 A. Pilihlah salah satu jawaban dan berikan alasannya. 1. Jika f(x) = 5 1 x  x maka f '(2) = .... a. 1 4 d. 7 9 b. 5 6 e. 5 9 c. 1 2 2. Diketahuif(x)= sin sin cos x x x  c . Nilai f 1 12 P ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ adalah .... a. 1 3 d. 3 2 b. 2 3 e. 3 c. 1 3. d dx x x x 3 2 1 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ = .... a. 3x2 + x2 2 1  x2 1 b. 3x2 – x2 2 1  x2 1 c. x2 + 3 12 x   1 2 x d. x2 – 3 12 x   1 2 x e. 3x2 – 3 12 x   1 2 x 4. Titik balik maksimum kurva y = 1 3 x3 – 2x2 + 3x adalah .... a. (–3 , –36) d. (3 , –18) b. (–1 , –5 1 3 ) e. (3 , 0) c. (1 , 1 1 3 ) 5. Ditentukan f(x) = 2 1 x dan f "(x) adalah turunan kedua dari f(x). Nilai dari f "(–2) adalah .... a. 3 25 d. 4 27 b. 5 29 e. 6 27 c. 6 29 6. Turunan pertama f(x) = (2x – 1) cos (3x + 1) adalah .... a. (2x – 1) sin (3x + 1) + 2cos (3x + 1) b. (2x – 1) cos (3x + 1) – 2 sin (3x + 1) c. 2 sin(3x + 1) + 2(6x – 3) cos (3x + 1) d. 2 cos (3x + 1) + (2x – 1) sin (3x + 1) e. 2 cos(3x + 1) – (6x – 3) sin (3x + 1) 7. Turunan pertama fungsi f(x) = cos5 (4x – 2) adalah .... a. 5 cos4 (4x – 2) sin (4x – 2) b. –5 cos4 (4x – 2) sin (4x – 2) c. – 20 cos4 (4x – 2) sin (4x – 2) d. 10 cos3 (4x – 2) sin (8x – 2) e. –10 cos3 (4x – 2) sin (8x – 2) 8. Pada daerah asal 0 < x < 2, grafik fungsi y = x3 – 2x2 + 1 bersifat .... a. selalu naik b. selalu turun c. naik, lalu turun d. turun, lalu naik e. turun naik berulang-ulang 9. Luas semua sisi balok 96 cm2 . Jika alasnya berbentuk persegi, paling besar balok itu dapat dibuat dengan volume ... cm3 . a. 0 b. 54 c. 64 d. 64 2 e. 80

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 237 10. Diketahui luas lingkaran merupakan fungsi dari kelilingnya. Jika keliling sebuah lingkaran adalah x, laju perubahan luas lingkaran terhadap kelilingnya adalah .... a. πx d. x P b. 2πx e. 2x P c. x 2P 11. Turunan pertama fungsi f(x) = cos3 (5 – 4x) adalah .... a. –12 cos2 (5 – 4x) sin (5 – 4x) b. 12 cos (5 – 4x) sin (5 – 4x) c. 12 sin2 (5 – 4x) sin (5 – 4x) d. –6 sin (5 – 4x) sin (10 – 8x) e. 6 cos (5 – 4x) sin (10 – 8x) 12. Nilai maksimum dari f(x) = x3 – 6x2 + 9x pada interval –1 ≤ x ≤ 3 adalah .... a. 16 d. 1 b. 4 e. 0 c. 3 13. f(x) = x3 – 4x2 + 4x + 6 naik pada interval .... a. –2 < x < – 2 3 b. 2 3 < x < 2 c. x < –2 atau x > 2 3 d. x < 2 3 atau x > 2 e. x < – 2 3 atau x > 2 14. Nilai maksimum dari f(x) = 2x3 – 6x2 – 48x dalam interval –3 < x < 4 adalah .... a. –160 d. –99 b. –155 e. –11 c. –131 15. Turunan pertama dari f(x) =  x   x 3 2 , untuk x = –3 adalah .... a. 0,000024 d. 0,024 b. 0,00024 e. 0,24 c. 0,0024 16. Turunan dari y = (1 – x) 2 (2x + 3) adalah .... a. (1 – x) (3x + 2) b. (x – 1) (3x + 2) c. 2(1 + x) (3x + 2) d. 2(x – 1) (3x + 2) e. 2(1 – x) (3x + 2) 17. f(x) = 1 3 x3 – 3x2 + 5x – 10 turun dalam interval .... a. –5 < x < – 1 b. x < – 1 c. x < 1 d. 1 < x < 5 e. x < 1 atau x > 5 18. Kurva y = x3 – 6x2 + 9x + 1 turun pada interval .... a. x ≤ 1 atau x ≤ 3 b. –2 ≤ x ≤ 1 atau 3 ≤ x ≤ 6 c. 1 < x < 3 d. 1 ≤ x ≤ 3 e. –1 ≤ x ≤ 1 19. Nilai minimum relatif f(x) = 1 3 x3 – x2 – 3x + 4 adalah .... a. –5 b. –2 2 3 c. – 1 3 d. 1 3 e. 4 20. Jika f(x) = sin cos sin x x c x  dan sin x ≠ 0 maka f ' P 2 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ = .... a. –2 b. –1 c. 0 d. 1 e. 2

238 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam B. Jawablah dengan singkat, tepat, dan jelas. 1. Gunakan konsep limit untuk menentukan turunan fungsi-fungsi berikut. a. f(x) = sin 2x b. f(x) = cos (1–3x) c. f(x) = tan x d. f(x) = 2x4 – 7 e. f(x) = 5x3 – 5x f. f(x) = 2 x – 2x 2. Sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/detik. Kedudukan peluru setelah t detik memenuhi persamaan h(t) = 60t – 7t² dengan h(t) adalah tinggi peluru yang diukur dalam meter. a. Tentukan kecepatan peluru pada saat 3,5 detik. b. Kapan peluru berhenti? 3. Diketahui f(x) = x x x x x  ¤ ¦ ¥ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 1 1 ´ µ ¤ ¥ . Buktikan bahwa f ‘(x) = 5 3 2 4 5 x x  . 4. Tentukan interval yang membuat fungsifungsi berikut merupakan fungsi naik atau fungsi turun. a. f(x) = 5 + 8x – 2x2 b. f(x) = 2x2 – 8x + 9 c. f(x) = 9 + 3x – 4x2 d. f(x) = x3 – 18x2 + 10x – 11 e. f(x) = 10 – 12x + 6x2 – x3 f. f(x) = x4 – 24x2 + 10x – 5 5. Sebuah kotak tanpa tutup, alasnya berbentuk persegi dengan sisi x cm, volumenya 32 cm3 . Jika kotak tersebut terbuat dari karton, a. tunjukkan bahwa luas karton yang diperlukan untuk membuat kotak itu L(x) = x2 + 128 x ; b. tentukan ukuran kotak agar karton yang digunakan sesedikit mungkin.

Turunan Fungsi dan Aplikasinya 239 A. Pilihlah salah satu jawaban dan berikan alasannya. 1. Jika f(x) = sin x maka f –1 P 4 ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ = .... a. 52 d. 0,71 b. 41 e. 0,5 c. 0,90 2. Jika f (x) = 4x – 5 dan g(x) = 3x maka f (g(2)) = .... a. 27 d. 31 b. 9 e. 33 c. 3 3. Jika p(x) = 4x – 6 dan p(a) = 0 maka a = .... a. –6 d. 2 3 b. 2 e. – 3 2 c. 3 2 4. Jika g(x) = x x 2 2 1  maka g(p3 ) = .... a. p p 6 3 2 1  d. 2 2 1 6 3 p p  b. p p 6 3  2 e. p p 3 6 2 1  c. 2 1 6 3 p p  5. Jika g(x) = 3x + 2 dan g(f(x)) = x maka f(2) = .... a. 2 d. 8 b. 6 e. 1 c. 0 6. Jika f (x) = 2x2 – x maka f(2x –1) – 4 f(x) + f(x) = .... a. –2x d. 2x² + 7x – 3 b. 2x² – 7x + 3 e. 2x² + 7x + 3 c. 2x² + 3 7. Jika h(x) = f (g(x)), f (x) = 4 – x dan g(x) = 2x + 1 maka h-1 (x) = .... a. 3 2  x d. 2 2  x b. x 3 2 e. x  2 2 c. 3 2 x 8. Invers dari y =2 log x adalah .... a. y = x2 d. y = 2x b. y = 2x e. 2x+1 c. y = kx 9. Diketahui f(x) = x + 1 dan (f o g) (x) = 3x2 + 4 maka nilai g(4) = .... a. 15 d. 52 b. 16 e. 57 c. 51 10. Jika y = f(x) = 1 2 x + 3, z = 1 3 y + 2 w = f (z) = 1 4 z + 1 maka fungsi komposisi dari x ke w adalah .... a. 1 24 (x +42) d. 1 24 (4x +18) b. 1 24 (2x + 7) e. 1 12 (6x + 18) c. 1 24 (3x = 21) 11. limx x l x x 2 2 3 1 x 1 1 x  0 2 = .... a. –2 d. 2 b. –1 e. 3 c. 1 12. limx x x l x x 3 2 2 6 9 = .... a. 2 5 6 d. 1 6 b. 1 5 6 e. – 5 6 c. 5 6 Tes Kompetensi Semester 2

240 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam 13. Jika limxl3 f (x) = 2 dan limxl3 g(x) = –4 maka limx f l g  x  3  x 2 5 f  x  3 = .... a. – 3 4 d. 3 4 b. – 1 2 e. 1 2 c. 1 4 14. Diketahui f(x) = 4 3 5 x x 3 x ª « ­­ ­ ¬ ­ ­ ­ jika ≠ 3 jika = 3 maka nilai limxl3 g(x) = .... a. 5 d. 15 b. 9 e. 18 c. 12 15. lim cos x x l x 0 1 = .... a. –2 d. 1 b. –1 e. 2 c. 0 16. lim sin i x x x s l0 x 3 2 in = .... a. –2 d. 1 b. –1 e. 2 c. 0 17. Jika f (x) = x ax b 2 2  maka f '(–1) = .... a. 2b a b  d. – 2b a b  b. 2 2 b  a b  e. – 2 2 b  a b  c. – a b b  2 18. Jarak suatu titik dari suatu posisi P untuk setiap waktu t dirumuskan s(t) = A sin t, A > 0. Kecepatan terbesar diperoleh pada waktu t = .... a. 2k π, k = 0, 1, 2,... b. 2k π, k = 1, 3, 5,... c. 2k π, k = 0, 2, 4,... d. k π, k = 1 2 , 5 2 , 9 2 , ... e. k π, k = 3 2 , 7 2 , 11 2 , ... 19. Jika f (x) = x x 2 2 4 maka f '(1) = .... a. – 8 9 d. 8 9 b. – 5 9 e. 1 5 9 c. 5 9 20. Nilai maksimum dari f(x) = x3 – 6x2+ 9x pada interval –1 ≤ x ≤ 3 adalah .... a. 16 d. 1 b. 4 e. 0 c. 3 21. Jika f (x) = x x  ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 1 3 maka df dx = .... a. ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ 3 µ 1 1 1 4 2 x x x ¶ ¦ b.  ¤ ¦ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 3 1 1 1 4 2 x x ¶ ¦ c. ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ  ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 3 1 1 1 4 2 x x x ¶ ¦ d.  ¤ ¦ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ  ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 3 1 1 1 4 2 x x ¶ ¦ e.  ¤ ¦ ¥ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ 3 1 1 1 4 2 x x ¶ ¦ 22. Turunan pertama fungsi f (x) = cos² (5 – 4x) adalah .... a. –12 cos2 (5 – 4x) sin (5 – 4x) b. 8 cos(5 – 4x) sin (5 – 4x) c. 12 cos2 (5 – 4x) sin (5 – 4x) d. – 6 sin (5 – 4x) sin (10 – 8x) e. 6 cos (5 – 4x) sin (10 – 8x) 23. Jika f (x) = x x 2  4 maka f ‘(4) = .... a. 1 4 b. 3 4

Tes Kompetensi Semester 2 241 c. 9 4 d. 11 4 e. 15 4 24. Nilai maksimum dari f (x) = 2 3 x2 – 2x2 – 6x + 5 dalam interval –2 ≤ x ≤ 4 adalah .... a. 13 d. 6 b. 12 e. 5 c. 8 25. Jika f (x) = x x 2 2 3 10 9  3x  maka f '(x) = .... a.     3 3  8 2  7 2 2  38x b. 3 38 27 2 2 x   38x  9 2 x  c.    3 3  8 2 7 2 2  38x d.   3 38 2 7 2 2 x x 38 e.    3 38 27 2 2 x x 38 26. Jika f (x) = 1 2 sin2maka f '(x) = .... a. sin x + cos x b. sin x – cos x c. sin cos x x d. sin x cos x e. sin x (1 – cos x) 27. Jika f (x) = (2 – 4x) 5 adalah f '(x) = .... a. 20(2 – 4x) 4 b. 20(2 – 4x) 6 c. 1 6 (2 – 4x) 4 d. – (2 – 4x) 4 e. –20(2 – 4x) 4 28. Jika f (x) = – cos x + sin x maka df dx = .... a. sin x + cos x b. sin x – cos x c. sin cos x x d. x2 sin x e. x sin x2 29. Turunan pertama dari f (x) = 5 sin x cos x adalah .... a. 5sin 2x b. 5cos 2x c. 5sin2 x cos x d. 5sin x cos2 x e. 5sin 2x cos x 30. Fungsi f yang dirumuskan dengan f(x) = 5 + 3x + 4x2 turun pada interval .... a. – 1 3 < x < 3 b. –3 < x < 1 3 c. x < –3 atau x > 1 3 d. x < – 1 3 atau x > 3 e. x < 1 3 atau x > 3 31. Jika f (x) = – 1 2 cos x2 maka f '(x) = .... a. x sin x d. x2 sin x2 b. x2 sin x e. sin x2 c. x sin x2 32. Suku banyak f (x) = x3 – 2x2 + px + 6 habis dibagi (x – 1). Jika dibagi dengan (x + 3)(x + 1), sisanya adalah .... a. 16x + 24 d. 24x – 16 b. 16x – 24 e. –24x + 16 c. 24x + 16 33. Suatu suku banyak P(x) dibagi oleh (x2 – 1) sisanya (12x – 23) dan jika dibagi oleh (x –2) sisanya 1. Sisa pembagian suku banyak P(x) oleh (x2 – 3x + 2) adalah .... a. 12x + 23 d. 23x – 12 b. 12x – 23 e. –23x + 12 c. 23x + 12

242 Mahir Mengembangkan Kemampuan Matematika untuk Kelas XI Program Ilmu Pengetahuan Alam B. Jawablah dengan singkat, tepat, dan jelas. 1. Diketahui g(x) = x x 1 3 dan [(f ° g)]–1 = 5 3 3   x x . Tentukan nilai: a. f(0) b. f(5) c. f(–2) 2. Tentukan hasil bagi dan sisa suku banyak 3x3 + 10 x2 – 8x + 3 dibagi x2 + 3x – 1. 3. Tentukan jenis nilai stasioner fungsifungsi berikut, menggunakan uji turunan kedua. a. f (x) = 2x2 – 8x + 6 b. f (x) = 2x3 – 3x2 + 12x – 5 c. f (x) = x3 – 18x2 + 10x – 11 d. f (x) = x4 – 8x2 + 10 e. f (x) = x4 – 24x2 + 10x – 5 f. f (x) = 7 + 3x + 4x3 – x4 4. Misalkan, s = f(t) = 24t 2 + 4t merupakan persamaan posisi mobil. Kecepatan mobil pada saat t = 1 jam dapat diperoleh dari limit kecepatan rata-rata dalam selang t = 1 sampai t = 1 + Δt, dengan mengambil Δtl0. Pernyataan ini dapat ditulis sebagai berikut. V s t f tf t t t t  ffl $l $l ffl $ $ ffl  $  $ 1 0 0 1 1 lim lim Tentukan kecepatan mobil pada saat t = 1. 5. Dengan menggunakan konsep limit, tentukan gradien singgung pada kurva berikut. a. f(x) = 5x2 di titik x = –2 b. f(x) = x2 + x – 5 di titik x = –1 c. f(x) = 1 2 x di titik x = –2 d. f(x) = x x  di titik x = 4 6. Hitunglah limh fx h fx l h    0 untuk fungsi berikut. a. f(x) = 2cos( x – π) b. f(x) = –cos x – π c. f(x) = 2tan 3 x 7. Buatlah sketsa grafik fungsi berikut f(x) = x4 – 3x3 – 9x2 + 23x + 8

Tes Kompetensi Akhir Tahun 243 1. Sebuah dadu dilempar satu kali. Peluang muncul mata dadu bilangan prima atau mata dadu bilangan 4 adalah .... a. 1 12 d. 2 3 b. 1 3 e. 2 c. 1 2 2. Jika titik (–5, k) terletak pada lingkaran x2 + y2 + 2x – 5y –21 = 0, maka nilai k adalah .... a. –1 atau –2 d. 0 atau 3 b. 2 atau 4 e. 1 atau –6 c. –1 atau 6 3. Agar garis y = x + C menyinggung lingkaran x2+ y2 = 25, maka nilai C adalah .... a. ± 1 d. ± 5 2 b. ± 2 2 e. ± 6 2 c. ± 3 2 4. Titik pusat lingkaran x2 + y2 – ax + by + 9 = 0 terletak pada garis 2x + 3y = 0 di kuadran keempat. Jika jari-jari lingkaran itu sama dengan 1 maka nilai a dan b berturut-turut adalah .... a. –6 dan 4 d. 3 dan –2 b. 6 dan 4 e. –3 dan 2 c. 6 dan –4 5. Salah satu koordinat fokus 5x2 + 4y2 – 20x + 8y + 4 = 0 adalah .... a. (1, –1) d. (2, –2) b. (2, –1) e. (–2, 1) c. (3, –1) 6. Persamaan lingkaran yang menyinggung x – 2y + 2 = 0 dan 2x – y – 17 = 0 serta melalui titik (6, –1) adalah .... a. x y ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ ¶  y ¤ ¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl 58 9 13 9 500 81 2 2 ¤ 13´ Tes Kompetensi Akhir Tahun A. Pilihlah salah satu jawaban dan berikan alasannya. b. x y ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ ¶  y ¤ ¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl 54 9 15 9 482 81 2 2 ¤ 15´ c. x y ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ ¶  y ¤ ¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl 50 9 12 9 400 81 2 2 ¤ 12´ d. x y ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ ¶  y ¤ ¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl 48 9 11 9 386 81 2 2 ¤ 11´ e. x y ¤ ¦ ¥ ¥¥¦ ¥ ´ ¶ µ ¶  y ¤ ¦ ¥ ´ ¶ µ µ µ¶ µ ffl 47 9 10 9 348 81 2 2 ¤ 10´ 7. Persamaan garis singgung yang melalui titik (5, 1) pada lingkaranx2 +y2 – 4 x+ 6y – 12 = 0 adalah .... a. 3x + 4y – 19 = 0 b. 3x – 4y – 19 = 0 c. 4x – 3y + 19 = 0 d. x + 7y – 26 = 0 e. x – 7y – 26 = 0 8. Lingkaran x2 + y2 – 2 px + 6y + 49 = 0 menyinggung sumbu–x untuk a .... a. 10 d. 1 b. 7 e. –2 c. 4 9. (x–5)2 + y2 = 9 bersinggungan dengan lingkaran .... a. x2 + y2 = 1 d. x2 + y2 = 4 b. x2 + y2 = 2 e. x2 + y2 = 5 c. x2 + y2 = 3 10. Lingkaran x2 + y2 = 36 berpotongan di dua titik yang berbeda dalam garis .... a. x = 4 d. x = 10 b. x = 6 e. x = 12 c. x = 8 11. Suku banyak f (x) = x3 – 2x2 + px + 6 habis dibagi (x – 1). Jika dibagi dengan (x + 3) (x + 1) sisanya adalah .... a. 16x + 24 d. 24x – 16 b. 16x – 24 e. –24x + 16 c. 24x + 16